DE69623112T2 - Cartilage repair unit - Google Patents
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- A61F2/4603—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor for insertion or extraction of endoprosthetic joints or of accessories thereof
- A61F2/461—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor for insertion or extraction of endoprosthetic joints or of accessories thereof of knees
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- A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
- A61F2002/30003—Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis
- A61F2002/30004—Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis the prosthesis being made from materials having different values of a given property at different locations within the same prosthesis
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- A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30329—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
- A61F2002/30331—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements made by longitudinally pushing a protrusion into a complementarily-shaped recess, e.g. held by friction fit
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- A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
- A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30329—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
- A61F2002/30331—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements made by longitudinally pushing a protrusion into a complementarily-shaped recess, e.g. held by friction fit
- A61F2002/30362—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements made by longitudinally pushing a protrusion into a complementarily-shaped recess, e.g. held by friction fit with possibility of relative movement between the protrusion and the recess
- A61F2002/30364—Rotation about the common longitudinal axis
- A61F2002/30367—Rotation about the common longitudinal axis with additional means for preventing said rotation
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- A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30329—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
- A61F2002/30383—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements made by laterally inserting a protrusion, e.g. a rib into a complementarily-shaped groove
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- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
- A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30329—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
- A61F2002/30476—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements locked by an additional locking mechanism
- A61F2002/30487—Circumferential cooperating grooves and beads on cooperating lateral surfaces of a mainly longitudinal connection
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- A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30329—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
- A61F2002/30476—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements locked by an additional locking mechanism
- A61F2002/305—Snap connection
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- A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30535—Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30576—Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for with extending fixation tabs
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- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
- A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30535—Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
- A61F2002/30604—Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for modular
- A61F2002/30616—Sets comprising a plurality of prosthetic parts of different sizes or orientations
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- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
- A61F2002/30667—Features concerning an interaction with the environment or a particular use of the prosthesis
- A61F2002/30677—Means for introducing or releasing pharmaceutical products, e.g. antibiotics, into the body
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- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/30721—Accessories
- A61F2002/30733—Inserts placed into an endoprosthetic cavity, e.g. for modifying a material property
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- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/30721—Accessories
- A61F2/30749—Fixation appliances for connecting prostheses to the body
- A61F2002/30751—Fixation appliances for connecting prostheses to the body for attaching cartilage scaffolds to underlying bone
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- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/30756—Cartilage endoprostheses
- A61F2002/30766—Scaffolds for cartilage ingrowth and regeneration
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- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
- A61F2/30771—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth applied in original prostheses, e.g. holes or grooves
- A61F2002/30772—Apertures or holes, e.g. of circular cross section
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- A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
- A61F2/30771—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth applied in original prostheses, e.g. holes or grooves
- A61F2002/30772—Apertures or holes, e.g. of circular cross section
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- A61F2/30771—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth applied in original prostheses, e.g. holes or grooves
- A61F2002/30772—Apertures or holes, e.g. of circular cross section
- A61F2002/30784—Plurality of holes
- A61F2002/30785—Plurality of holes parallel
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Abstract
Description
Diese Erfindung betrifft ein bio-absorbierbares Knorpelreparatursystem zum Regenerieren von Gelenkknorpel und insbesondere ein System, das ein Eindringen von Gefäßen und eine Zellwanderung zwischen dem System und dem angrenzenden gesunden Gebiet von Gelenkknorpel und Knochenschwammsubstanz ermöglicht, wodurch es zu einer Regenerierung des beschädigten Gelenkknorpels kommt.This invention relates to a bio-absorbable cartilage repair system for regenerating articular cartilage, and more particularly to a system that allows vascular penetration and cell migration between the system and the adjacent healthy area of articular cartilage and cancellous bone, thereby resulting in regeneration of the damaged articular cartilage.
Gelenkknorpel auf der Oberfläche von Knochen in Gelenken, insbesondere Knie- und Hüftgelenken, unterliegt einer Verschlechterung, die durch Verletzung oder Krankheit verursacht wird. Diese Verschlechterung des Knorpels führt zu Schmerz und schließlich einem Verlust der Gelenkbewegung und heftigem Schmerz. Als ein Ergebnis sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um beschädigten oder zerstörten Gelenkknorpel zu behandeln und zu reparieren.Articular cartilage on the surface of bones in joints, especially knee and hip joints, is subject to deterioration caused by injury or disease. This deterioration of the cartilage leads to pain and ultimately loss of joint movement and severe pain. As a result, various procedures have been developed to treat and repair damaged or destroyed articular cartilage.
Prothesevorrichtungen werden oft verwendet, um beschädigten oder zerstörten Gelenkknorpel zu ersetzen. Zum Beispiel offenbart US Patent Nr. 4,627,853 Prothesen, die zum Ersatz von Gelenkknorpel verwendet werden. Die Prothesen werden hergestellt durch Demineralisierung eines Knochensegments, wobei das demineralisierte Knochensegment als ein Ersatz für Gelenkknorpel dient.Prosthetic devices are often used to replace damaged or destroyed articular cartilage. For example, US Patent No. 4,627,853 discloses prostheses used to replace articular cartilage. The prostheses are made by demineralizing a bone segment, with the demineralized bone segment serving as a replacement for articular cartilage.
US Patent Nr. 4,880,429 offenbart eine Meniskusprothese, die im Knie implantiert wird. Die Meniskusprothese wirkt als ein Gerüst zum Wieder-Wachsenlassen von nativem Meniskusgewebe und umfaßt Collagenfasern, die mit Glycoaminoglycanmolekülen durchsetzt sind.US Patent No. 4,880,429 discloses a meniscus prosthesis that is implanted in the knee. The meniscus prosthesis acts as a scaffold for regrowth of native meniscus tissue and comprises collagen fibers interspersed with glycoaminoglycan molecules.
US Patent Nr. 5,176,710 offenbart eine Prothese zum Ersatz von Knochenmaterial auf der Gelenkoberfläche eines Gelenks. Die Prothese hat ein spezifisches Elastizitätsmodul, um der Prothese eine Steifheit zu verleihen, und enthält konkave Formen, die für ein biologisches Einwachsen geeignet sind.US Patent No. 5,176,710 discloses a prosthesis for replacing bone material on the articular surface of a joint. The prosthesis has a specific elastic modulus to provide stiffness to the prosthesis and includes concave shapes suitable for biological ingrowth.
US Patent Nr. 4,502,161 offenbart eine Meniskusprothese, die den natürlichen Meniskus zwischen den Gelenkoberflächen der Knochen und der Gelenke ersetzt und einen Einsatz und eine Erweiterung zum Anheften an den Knochen und ein verstärkendes Gewebe oder Netz umfaßt, das darin eingebettet ist.US Patent No. 4,502,161 discloses a meniscus prosthesis that replaces the natural meniscus between the articular surfaces of the bones and joints and includes an insert and an extension for attachment to the bone and a reinforcing fabric or mesh embedded therein.
US Patent Nr. 3,745,590 offenbart eine Prothese zur Reparatur oder dem Ersatz von Gelenken, wobei die Prothese einen Körperteil, einschließlich eines Stamms und Ligament- Elementen, umfaßt und ein Einwachsen von Geweben ermöglicht.US Patent No. 3,745,590 discloses a prosthesis for repairing or replacing joints, the prosthesis comprising a body part including a stem and ligament elements and allowing tissue ingrowth.
US Patent Nr. 5,123,927 offenbart eine Knieprothese, umfassend einen Knochenzement, der ein Antibiotikum enthält.US Patent No. 5,123,927 discloses a knee prosthesis comprising a bone cement containing an antibiotic.
Obwohl es mehrere Prothesevorrichtungen gibt, die zum Ersatz von beschädigtem oder zerstörtem Gewebeknorpel verwendet werden können, haben Prothesevorrichtungen mehrere Nachteile. Zum Beispiel können sich Zemente, die verwendet werden, um Prothesevorrichtungen an Knochen anzuheften, lockern und schließlich versagen. Zusätzlich kann fragmentierter Zement in die Gelenke und assoziiertes Lymphgewebe einwandern und Entzündungen und weiteren Schaden verursachen. Darüberhinaus führen Zemente zur Bildung von fasrigem Gewebe zwischen dem Knochen und der Prothese. Ein anderer Hauptnachteil, der mit der Verwendung einer Prothese assoziiert ist, ist der, daß die Prothesevorrichtung größer als der beschädigte Knorpel sein kann, der ersetzt werden soll, wodurch ein Entfernen von Teilen von gesundem Knochen und/oder Knorpel erforderlich wird, um die Prothesevorrichtung unterzubringen. Daher verbleibt der Bedarf für ein System zum Reparieren und Regenerieren von Gelenkknorpel, der die mit Prothesevorrichtungen assoziierten Probleme vermeidet.Although there are several prosthetic devices that can be used to replace damaged or destroyed tissue cartilage, prosthetic devices have several disadvantages. For example, cements used to attach prosthetic devices to bone can loosen and eventually fail. Additionally, fragmented cement can migrate into the joints and associated lymphatic tissue, causing inflammation and further damage. In addition, cements lead to the formation of fibrous tissue between the bone and the prosthesis. Another major disadvantage associated with the use of a prosthesis is that the prosthetic device can be larger than the damaged cartilage to be replaced, thereby requiring removal of portions of healthy bone and/or cartilage to accommodate the prosthetic device. Therefore, the need remains for a system for repairing and regenerating articular cartilage that avoids the problems associated with prosthetic devices.
Ein anderes Mittel, das verwendet wird, um beschädigten Gelenkknorpel zu behandeln, ist das Einbringen von Reparaturstücken auf den Knochen, wobei die Reparaturstücke ausgeschnittene Stücke Knorpel ersetzen. Zum Beispiel offenbart US Patent Nr. 5,067,964 ein Gelenkknorpel-Reparaturstück, das eine Schicht von gefilztem, fasrigem Vliesmaterial umfaßt, welches biegsam und an flache und kurvige Oberflächen leicht anpaßbar ist. Das Gewebeknorpelreparaturstück wird an den Knochen angeheftet durch zum Beispiel bio-absorbierbare Schrauben oder Nadeln oder ähnliche vorübergehende Fixierungstechniken. Eingewachsenes fasriges Gewebe umgibt schließlich das Reparaturstück, wodurch bewirkt wird, daß das Reparaturstück permanent an den Knochen anheftet. Obwohl US Patent Nr. 5,067,964 ein alternatives Verfahren zum Reparieren von beschädigtem Gelenkknorpel offenbart; offenbart es kein Mittel oder Verfahren zum Regenerieren von beschädigtem oder zerstörtem Gelenkknorpel. Daher verbleibt der Bedarf für ein System zum Regenerieren von beschädigtem oder zerstörtem Gelenkknorpel, bei dem der regenerierte Gelenkknorpel funktionell ähnlich zu nichtbeschädigtem Gelenkknorpel ist.Another means used to treat damaged articular cartilage is the introduction of repair patches onto the bone, with the repair patches replacing excised pieces of cartilage. For example, US Patent No. 5,067,964 discloses an articular cartilage repair patch comprising a layer of felted, fibrous nonwoven material that is pliable and readily conformable to flat and curved surfaces. The tissue cartilage repair patch is attached to the bone by, for example, bio-absorbable screws or pins or similar temporary fixation techniques. Ingrown fibrous tissue eventually surrounds the repair patch, causing the repair patch to permanently attach to the bone. Although US Patent No. 5,067,964 discloses an alternative discloses a method for repairing damaged articular cartilage; it does not disclose a means or method for regenerating damaged or destroyed articular cartilage. Therefore, a need remains for a system for regenerating damaged or destroyed articular cartilage in which the regenerated articular cartilage is functionally similar to undamaged articular cartilage.
US 5,306,311-A a offenbart ein Knorpelreparatursystem in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1. Bei einer solchen Anordnung trägt ein Träger zum Einsatz in subchondralen Knochen in ein Gebiet, aus dem beschädigter oder zerstörter Gelenkknorpel entfernt worden ist, einen Einsatz von porösem bio-absorbierbarem Material.US 5,306,311-A a discloses a cartilage repair system in accordance with the preamble of claim 1. In such an arrangement, a carrier for insertion into subchondral bone carries an insert of porous bio-absorbable material into an area from which damaged or destroyed articular cartilage has been removed.
Obwohl der Einsatz in direkten Kontakt mit angrenzendem gesunden Gelenkknorpel gebracht werden kann, sorgt die Anordnung nicht für eine Verbindung zwischen dem Einsatz und der gesunden Knochenschwammsubstanz, innerhalb der sich der Einsatz befindet, weil der Träger selbst eine Grenze zwischen der Knochenschwammsubstanz und dem Einsatz darstellt.Although the insert can be placed in direct contact with adjacent healthy articular cartilage, the arrangement does not provide a connection between the insert and the healthy cancellous bone within which the insert is located because the carrier itself represents a boundary between the cancellous bone and the insert.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System zum Regenerieren von Gelenkknorpel bereitzustellen, bei dem der regenerierte Gelenkknorpel gegenüber fasrigen oder faserknorpligen Reparaturen überlegen ist und funktionell einem nicht-beschädigten Gelenkknorpel ähnlich ist.It is an object of the invention to provide a system for regenerating articular cartilage in which the regenerated articular cartilage is superior to fibrous or fibrocartilaginous repairs and is functionally similar to undamaged articular cartilage.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Knorpelreparatursystem zur Verwendung beim Regenerieren von beschädigtem oder zerstörtem Gelenkknorpel bereitzustellen.A further objective is to provide a cartilage repair system for use in regenerating damaged or destroyed articular cartilage.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ausführungsform eines Knorpelreparatursystems bereitzustellen, das keinen Zement oder nicht-bio-absorbierbare Prothesevorrichtungen verwendet.Yet another object of the present invention is to provide an embodiment of a cartilage repair system that does not utilize cement or non-bioabsorbable prosthetic devices.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.These objects are solved by the characterizing features of claim 1.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Einsatz einen Reparaturfaktor ein, der lösbar in dem Einsatz angeordnet ist, um beim Herstellen der chondrogenen, wachstumsunterstützenden Matrix zu helfen. Der Reparaturfaktor kann ein Wachstumsfaktor sein, bevorzugt einer, der aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Fibroblastenwachstumsfaktor, transformierendem Wachstumsfaktor beta, Insulin, Insulin-artiger Wachstumsfaktor, Blutplättchen-abgeleiteter Wachstumsfaktor und Kombinationen davon. Alternativ kann der Reparaturfaktor ein Bindungsfaktor sein, bevorzugt einer, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Fibronectin, RGD-Polypeptid und Kombinationen davon. In der Tat schließt der Reparaturfaktor bevorzugt sowohl Wachstums- als auch Bindungsfaktoren ein.In a preferred embodiment, the insert includes a repair factor releasably disposed in the insert to assist in producing the chondrogenic growth-supporting matrix. The repair factor may be a growth factor, preferably one selected from the group consisting of fibroblast growth factor, transforming Growth factor beta, insulin, insulin-like growth factor, platelet-derived growth factor, and combinations thereof. Alternatively, the repair factor may be a binding factor, preferably one selected from the group consisting of fibronectin, RGD polypeptide, and combinations thereof. Indeed, the repair factor preferably includes both growth and binding factors.
Das Knorpelreparatursystem umfaßt typischerweise eine Vielzahl der zuvor erwähnten Anordnungen, wobei die Abgabeeinheiten der Anordnungen zwischen dem Knochen und dem entfernten Gebiet angeordnet sind, und wobei die Einsätze der Anordnungen die chondrogene, wachstumsunterstützende Matrix über einen wesentlichen Teil des entfernten Gebiets herstellen. Bevorzugt sind die Abgabeeinheiten der Anordnungen in ihrer Konfiguration und Einpassung polygonal.The cartilage repair system typically comprises a plurality of the aforementioned assemblies, wherein the delivery units of the assemblies are disposed between the bone and the remote area, and wherein the inserts of the assemblies produce the chondrogenic growth-supporting matrix over a substantial portion of the remote area. Preferably, the delivery units of the assemblies are polygonal in their configuration and fit.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht der Einsatz im wesentlichen aus einem bio-absorbierbaren Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hyaluronsäure, Polyglycolsäure, Polymilchsäure, Fibringerinsel, Periost-Zellen, Polydioxan, Polyester, Alginat und Kombinationen davon, während die Abgabeeinheit ein bio-absorbierbares Material umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hyaluronsäure, Polyglycolsäure, Polymilchsäure, Alginat und Kombinationen davon. Bevorzugt ist die Abgabeeinheit integral geformt und definiert Kanäle, um ein Eindringen von Gefäßen und eine Zellwanderung zu einer angrenzenden Oberfläche des Einsatzes zu ermöglichen.In another preferred embodiment, the insert consists essentially of a bio-absorbable material selected from the group consisting of hyaluronic acid, polyglycolic acid, polylactic acid, fibrin islands, periosteal cells, polydioxane, polyester, alginate and combinations thereof, while the delivery unit comprises a bio-absorbable material selected from the group consisting of hyaluronic acid, polyglycolic acid, polylactic acid, alginate and combinations thereof. Preferably, the delivery unit is integrally molded and defines channels to allow vascular penetration and cell migration to an adjacent surface of the insert.
Das Knorpelreparatursystem schließt bevorzugt Mittel ein, die eine relative Rotation der Abgabeeinheit und des Einsatzes in der Abgabeeinheit ausschließen.The cartilage repair system preferably includes means for precluding relative rotation of the delivery unit and the insert in the delivery unit.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiter ein Knorpelreparatursystem, das zur Anbringung auf einer Knochenoberfläche angepaßt ist, um eine chondrogene, wachstumsunterstützende Matrix herzustellen, wobei das System eine bio-absorbierbare Abgabeeinheit, konfiguriert und dimensioniert, um auf dem Knochen angebracht zu werden, wobei die Einheit einen Stützrahmen und Mittel zum Anbringen der Einheit in dem Knochen einschließt, und einen porösen, bio-absorbierbaren Einsatz umfaßt, der durch den Stützrahmen gestützt wird, um eine chondrogene, wachstumsunterstützende Matrix bereitzustellen.The present invention further includes a cartilage repair system adapted for placement on a bone surface to produce a chondrogenic, growth-supporting matrix, the system comprising a bio-absorbable delivery unit configured and dimensioned to be placed on the bone, the unit including a support frame and means for mounting the unit in the bone, and a porous, bio-absorbable insert supported by the support frame to provide a chondrogenic, growth-supporting matrix.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Einsatz einen Reparaturfaktor, der lösbar in dem Einsatz angeordnet ist, um die chondrogene wachstumsunterstützende Matrix zu verbessern. Der Stützrahmen ist konstruiert, um ein Eindringen von Gefäßen und eine Zellwanderung zu dem Einsatz zu ermöglichen. Daher hat der Stützrahmen bevorzugt ein offenes oberes Ende, einen Boden, der eine Vielzahl von Kanälen definiert, um ein Eindringen von Gefäßen und eine Zellwanderung zum Boden des Einsatzes und fakultativ den Seitenwänden zu ermöglichen, die Fenster definieren, durch welche sich der Einsatz erstreckt, um eine Zellwanderung zu den Seiten des Einsatzes durch ein angrenzendes gesundes Gebiet von Gelenkknorpel zu ermöglichen. Die Einheit und der Einsatz definieren eine Anordnung, und das System besteht bevorzugt aus einer Vielzahl von Anordnungen, in benachbarter und aneinandergrenzender Weise. Die Einheit ist bevorzugt fester als der Einsatz.In a preferred embodiment, the insert includes a repair factor releasably disposed in the insert to enhance the chondrogenic growth-supporting matrix. The support frame is designed to allow vascular ingress and cell migration to the insert. Therefore, the support frame preferably has an open top, a bottom defining a plurality of channels to allow vascular ingress and cell migration to the bottom of the insert, and optionally side walls defining windows through which the insert extends to allow cell migration to the sides of the insert through an adjacent healthy area of articular cartilage. The unit and the insert define an assembly, and the system preferably consists of a plurality of assemblies in adjacent and contiguous fashion. The unit is preferably more rigid than the insert.
Die obige kurze Beschreibung sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden vollständiger verstanden werden durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten, obgleich veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, im Zusammenhang mit den angefügten Zeichnungen, bei denen:The above brief description, as well as other objects, features and advantages of the present invention, will be more fully understood by reference to the following detailed description of the presently preferred, though illustrative, embodiments of the present invention, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine fragmentarische schematische Ansicht eines Knies ist, das darin ein Paar von Anordnungen des Knorpelreparatursystems gemäß der vorliegenden Erfindung hat;Figure 1 is a fragmentary schematic view of a knee having therein a pair of assemblies of the cartilage repair system according to the present invention;
Fig. 2 eine isometrische Explosionsansicht einer Anordnung des Knorpelreparatursystems ist;Fig. 2 is an exploded isometric view of an assembly of the cartilage repair system;
Fig. 3 eine Aufsicht von oben davon ist;Fig. 3 is a top plan view thereof;
Fig. 4 eine Seitenansicht davon ist;Fig. 4 is a side view thereof;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht davon entlang der Linie 5-5 aus Fig. 3 ist und bruchteilhaft das Knorpelreparatursystem zeigt, das in einem Knochen eingesetzt ist; undFig. 5 is a cross-sectional view thereof taken along line 5-5 of Fig. 3 and showing in fragmentary form the cartilage repair system deployed in a bone; and
Fig. 6 eine Querschittsansicht davon entlang der Linie 6-6 aus Fig. 5 ist, wobei potentiell aneinandergrenzende Anordnungen bruchstückhaft mit einer Phantomlinie dargestellt sind.Fig. 6 is a cross-sectional view thereof taken along line 6-6 of Fig. 5, with potentially adjacent arrangements fragmentarily shown in phantom.
Unter Bezug nunmehr auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 wird darin ein Knorpelreparatursystem gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, im allgemeinen bezeichnet durch das Bezugszeichen 10. Insbesondere umfaßt das Knorpelreparatursystem 10, das in Fig. 1 dargestellt ist, eine Vielzahl von Anordnungen, die im allgemeinen als 12 bezeichnet werden (von denen zwei dargestellt sind, wobei aber klar ist, daß die erforderliche Anzahl durch das Ausmaß des beschädigten Gebiets bestimmt wird). Jede Anordnung 12 umfaßt wiederum eine bio-absorbierbare Abgabeeinheit 14 und einen porösen bio-absorbierbaren Einsatz 16. Die Abgabeeinheit 14 ist so konfiguriert und dimensioniert, daß sie sowohl in dem Gebiet, aus welchem beschädigter oder zerstörter Gelenkknorpel entfernt worden ist, als auch dem angrenzenden gesunden Knochenschwammsubstanzgebiet des Knochens angebracht werden kann. Der poröse Einsatz 16 wird von und in der Abgabeeinheit 14 getragen und stellt eine Verbindung zwischen dem entfernten Gebiet (das heißt dem Gebiet, aus dem der beschädigte oder zerstörte Gelenkknorpel entfernt worden ist) und dem angrenzenden gesunden Gebiet für eine chondrogene, wachstumsunterstützende Matrix her, wodurch ein Eindringen von Gefäßen und eine Zellwanderung gefördert wird, um eine Gelenkknorpelregenerierung zu erzielen.Referring now to the drawings, and in particular to Fig. 1, there is illustrated a cartilage repair system according to the present invention, generally designated by the reference numeral 10. In particular, the cartilage repair system 10 shown in Fig. 1 comprises a plurality of assemblies, generally designated 12 (two of which are shown, but it is understood that the number required will be determined by the extent of the damaged area). Each assembly 12 in turn comprises a bio-absorbable delivery unit 14 and a porous bio-absorbable insert 16. The delivery unit 14 is configured and dimensioned so that it can be applied both to the area from which damaged or destroyed articular cartilage has been removed and to the adjacent healthy cancellous bone area of the bone. The porous insert 16 is carried by and within the delivery unit 14 and provides a connection between the removed area (i.e., the area from which the damaged or destroyed articular cartilage has been removed) and the adjacent healthy area for a chondrogenic growth-supporting matrix, thereby promoting vascular penetration and cell migration to achieve articular cartilage regeneration.
Während das System 10 in Fig. 1 so dargestellt wird, daß es verwendet wird, um beschädigten oder zerstörten Gelenkknorpel auf der femoralen Kniegelenkoberfläche K zu regenerieren, werden Fachleute auf dem Gebiet der Medizin leicht erkennen, daß das System 10 in gleicher Weise bei anderen Gelenken, wie etwa der Schulter, der Hüfte und ähnlichen nützlich ist. Das Ausmaß des beschädigten oder zerstörten Gelenkknorpels auf der Oberfläche des Knochens wird festlegen, ob das System 10 eine einzelne Anordnung 12 oder eine Mehrzahl von Anordnungen 12 verwendet. Die dargestellten Anordnungen 12 (und insbesondere die Abgabeeinheiten 14 davon) sind polygonal in der Ebene und einpassend -- das heißt, so angeordnet, daß sie bevorzugt in einem aneinandergrenzenden anliegenden Kontakt nebeneinander angebracht werden können. Die polygonale Natur des Umfangs der Anordnungen ermöglicht ein Einpassen der Anordnungen 12 (wie allgemein veranschaulicht in Fig. 6) und wird somit bevorzugt, wenn eine Mehrzahl der Anordnungen 12 verwendet werden soll, um ein bezeichnetes Gebiet des Knochens vollständig abzudecken. Jedoch können, wenn nur eine einzelne Anordnung 12 verwendet werden wird, andere Konfigurationen, wie etwa eine zirkuläre Konfiguration bevorzugt sein.While the system 10 is illustrated in Fig. 1 as being used to regenerate damaged or destroyed articular cartilage on the femoral knee joint surface K, those skilled in the medical arts will readily recognize that the system 10 is equally useful in other joints such as the shoulder, hip, and the like. The extent of the damaged or destroyed articular cartilage on the surface of the bone will determine whether the system 10 utilizes a single array 12 or a plurality of arrays 12. The illustrated arrays 12 (and in particular the delivery units 14 thereof) are polygonal in plane and nestable -- that is, arranged so that they can preferably be mounted side by side in abutting abutting contact. The polygonal nature of the perimeter of the arrays allows for the arrays 12 to be fitted (as generally illustrated in Figure 6) and is thus preferred when a plurality of arrays 12 are to be used to completely cover a designated area of the bone. However, if only a single array 12 will be used, other configurations, such as a circular configuration, may be preferred.
Während es theoretisch möglich sein könnte, in einem einzelnen Herstellungsprozeß eine einheitliche, einstückige, integrale Anordnung 12 zu erschaffen, die die Funktionen von sowohl der Abgabeeinheit 14 als auch des Einsatzes 16 ausfüllt, verwendet die vorliegenden Erfindung bevorzugt zwei separate und unabhängig gebildete Bestandteile -- nämlich die Abgabeeinheit 14 und den Einsatz 16. Wie unten im Detail diskutiert werden wird, können die Einsätze 16 aus einer relativ breiten Vielzahl von unterschiedlichen Materialien gemacht werden und können sogar einen Reparaturfaktor (wie etwa einen Wachstumsfaktor oder einen Bindungsfaktor) einschließen, der lösbar darin angeordnet ist, um beim Herstellen der chondrogenen, wachstumsunterstützenden Matrix zu helfen. Entsprechend ermöglicht die zweibestandteilige Natur der Anordnung 12 der vorliegenden Erfindung, daß der Einsatz 16 aus einem Vorrat von unterschiedlichen Einsätzen 16 zur Zeit der Operation ausgewählt werden kann, um die individuellen Bedürfnisse des Patienten zur jeweiligen Zeit im Hinblick auf sowohl die Grundzusammensetzung des Einsatzes 16 als auch einer Reparaturfaktorzusammensetzung darin zu erfüllen. Wiederum kann es aufgrund der unterschiedlichen Arten des Einsatzes 16 (und jedweder Reparaturfaktoren darin) und seiner Abgabeeinheit 14 notwendig sein, daß bestimmte Arten von Einsätzen 16 vor ihrer Verwendung in einer anderen Umgebung als die Abgabeeinheiten 14 gelagert werden -- zum Beispiel um eine angemessene Konservierung des Reparaturfaktors zu ermöglichen. Schließlich muß die Abgabeeinheit 14 und der Einsatz 16 einer Anordnung 12 unterschiedliche funktionelle Eigenschaften haben, die mittels bekannter Herstellungstechniken in einem integralen, einstückigen, einheitlichen Element schwer erzielt werden könnten. Daher muß die Abgabeeinheit 14, wie unten diskutiert werden wird, hinreichend Stärke und Integrität haben, damit es möglich ist, sie in den Knochen ohne signifikantes Biegen oder Deformieren zu stoßen, während der Einsatz 16 bevorzugt ein bewegliches und nachgiebiges poröses Material in der Form einer Matrix ist, um zu ermöglichen, daß er in die Abgabeeinheit 14 eingebracht werden kann und dadurch eine chondrogene, wachstumsunterstützende Matrix bereitstellt, die durch die Abgabeeinheit 14 positioniert ist.While it might theoretically be possible to create a unitary, one-piece, integral assembly 12 in a single manufacturing process that performs the functions of both the delivery unit 14 and the insert 16, the present invention preferably uses two separate and independently formed components -- namely, the delivery unit 14 and the insert 16. As will be discussed in detail below, the inserts 16 can be made from a relatively wide variety of different materials and can even include a repair factor (such as a growth factor or a binding factor) releasably disposed therein to assist in creating the chondrogenic, growth-supporting matrix. Accordingly, the two-component nature of the assembly 12 of the present invention allows the insert 16 to be selected from a supply of different inserts 16 at the time of surgery to meet the individual needs of the patient at the time with respect to both the basic composition of the insert 16 and a repair factor composition therein. Again, due to the different types of insert 16 (and any repair factors therein) and its delivery unit 14, it may be necessary for certain types of inserts 16 to be stored in a different environment than the delivery units 14 prior to use -- for example, to allow for adequate preservation of the repair factor. Finally, the delivery unit 14 and the insert 16 of an assembly 12 must have different functional properties that would be difficult to achieve in an integral, one-piece, unitary element using known manufacturing techniques. Therefore, as will be discussed below, the delivery unit 14 must have sufficient strength and integrity to enable it to be pushed into the bone without significant bending or deformation, while the insert 16 is preferably a flexible and compliant porous material in the form of a matrix to enable it to be inserted into the delivery unit 14 and thereby provide a chondrogenic, growth-supporting matrix positioned by the delivery unit 14.
Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2 und 5 umfaßt die Abgabeeinheit 14 einen oberen tassenartigen Stützrahmen 22 und einen unteren T-artigen verlängerten Bestandteil 23. Der Stützrahmen 22 hat einen oberen, ein offenes oberes Ende definierenden Rahmen 24, Seitenwände 26 und einen unteren Teil 30. Der verlängerte Bestandteil 23 (der bevorzugt zylindrisch ist) erstreckt sich nach unten von dem Bodenteil 30 (das bevorzugt konkav ist) und hat sich radial erstreckende Rippen 38, einen stumpfen, schrägen Boden 40 und eine Bohrung 42 (bevorzugt ungefähr 1,5 mm im Durchmesser), die sich axial hindurch erstreckt. Der scheiben- oder waffel-artige Einsatz 16 hat eine obere Oberfläche 52, Seitenwände 54, eine Bodenoberfläche 56 und eine Bohrung 58 (bevorzugt ungefähr 1,5 mm im Durchmesser), die sich axial hindurch und nach dem Einführen in die Abgabeeinheit 14 koaxial mit der Bohrung 42 davon erstreckt.With particular reference to Figs. 2 and 5, the dispensing unit 14 comprises an upper cup-like support frame 22 and a lower T-like elongated component 23. The support frame 22 has an upper frame 24 defining an open upper end, side walls 26 and a bottom portion 30. The elongated component 23 (which is preferably cylindrical) extends downwardly from the bottom portion 30 (which is preferably concave) and has radially extending ribs 38, a blunt, sloped bottom 40 and a bore 42 (preferably about 1.5 mm in diameter) extending axially therethrough. The disk or waffle-like insert 16 has a top surface 52, side walls 54, a bottom surface 56 and a bore 58 (preferably about 1.5 mm in diameter) extending axially therethrough and, upon insertion into the dispensing unit 14, coaxial with the bore 42 thereof.
Der Stützrahmen 22 der Abgabeeinheit 14 nimmt den Einsatz 16 darin auf, wobei die Seitenwände 26 des Stützrahmens 22 darin die Seitenwände 54 des Einsatzes 50 aufnehmen. Die Bodenoberfläche 56 des Einsatzes 16 und der untere Teil 30 des Stützrahmens 22 sind entsprechend geformt, wobei bevorzugt die Bodenoberfläche des Einsatzes 16 eine Ausstülpung definiert und die obere Oberfläche des Bodenteils 30 eine Ausstülpung-aufnehmende Höhlung definiert, so daß die beiden Bohrungen 42, 58 automatisch und genau koaxial nach dem Vorgang des Einsetzens angeordnet sind. In anderen Worten, wenn der Einsatz 16 in dem Stützrahmen 22 befestigt wird, sind die Bohrung 42 durch den verlängerten Bestandteil 23 und die Bohrung 58 durch den Einsatz 16 in vertikal ausgerichteter aneinandergrenzender Anordnung.The support frame 22 of the dispensing unit 14 receives the insert 16 therein, with the side walls 26 of the support frame 22 receiving therein the side walls 54 of the insert 50. The bottom surface 56 of the insert 16 and the lower portion 30 of the support frame 22 are correspondingly shaped, preferably with the bottom surface of the insert 16 defining a protuberance and the upper surface of the bottom portion 30 defining a protuberance-receiving cavity, so that the two bores 42, 58 are automatically and precisely coaxially arranged after the insertion process. In other words, when the insert 16 is mounted in the support frame 22, the bore 42 through the extended member 23 and the bore 58 through the insert 16 are in vertically aligned abutting disposition.
Wie von Fachleuten auf dem Gebiet der Implantate erkannt werden wird, müssen, wenn ein Eindringen von Gefäßen und eine Zellwanderung zwischen dem gesunden Knochenschwammsubstanzgebiet und dem Gebiet des entfernten beschädigten Knorpels über den Einsatz 16 erreicht werden soll, Mittel bereitgestellt werden, um eine relative Rotation der Abgabeeinheit 14 und des Einsatzes 16 auszuschließen. Dies kann in einer Anzahl unterschiedlicher Weisen erreicht werden.As will be appreciated by those skilled in the implant art, if vascular penetration and cell migration between the healthy cancellous bone area and the area of removed damaged cartilage via the insert 16 is to be achieved, means must be provided to preclude relative rotation of the delivery unit 14 and the insert 16. This can be accomplished in a number of different ways.
Zuerst, wie am besten in Fig. 2-3 und 6 gesehen werden kann, kann der äußere Umfang des Einsatzes 16 und der innere Umfang des Stützrahmens 22 polygonal oder unregelmäßig (das heißt nicht-kreisförmig) und so groß sein, daß sie aneinandergrenzen, so daß sie zur Rotation nur als eine Einheit zusammengeschlossen sind. Zum Beispiel paßt, wie veranschaulicht, der hexagonale äußere Umfang des Einsatzes 16 genau in den hexagonalen inneren Umfang des Stützrahmens 22, um eine relative Rotation auszuschließen.First, as best seen in Figures 2-3 and 6, the outer periphery of the insert 16 and the inner periphery of the support frame 22 may be polygonal or irregular (i.e., non-circular) and sized to abut one another so that they are locked together for rotation only as a unit. For example, as illustrated, the hexagonal outer periphery of the insert 16 fits snugly within the hexagonal inner periphery of the support frame 22 to preclude relative rotation.
Zweitens kann die obere Oberfläche des konkaven Bodenteils 30 des Stützrahmens 22 sich nach oben erstreckende Knöpfe 60 neben den Seitenwänden 26 definieren, während die untere Oberfläche des Einsatzes 16 sich nach oben erstreckende Aussparungen 62 definieren kann, die so konfiguriert und dimensioniert sind, daß sie die Knöpfe 60 aufnehmen, wie in Fig. 3 und 6 am besten gesehen werden kann. Die Anzahl der Knöpfe 60 und der Aussparungen 62 sowie die Form, Größe und Anordnung davon sind so ausgewählt, daß, wenn sich der Einsatz 16 innerhalb der Abgabeeinheit 14 befindet, die Knöpfe 60 genau in den Aussparungen 62 aufgenommen werden, so daß der Einsatz 16 und die Abgabeeinheit 14 von einer relativen Rotation ausgeschlossen sind, solange, wie der Einsatz 16 innerhalb des Stützrahmens 22 ist.Second, the upper surface of the concave bottom portion 30 of the support frame 22 may define upwardly extending buttons 60 adjacent the side walls 26, while the lower surface of the insert 16 may define upwardly extending recesses 62 configured and dimensioned to receive the buttons 60, as best seen in Figs. 3 and 6. The number of buttons 60 and recesses 62, as well as the shape, size and arrangement thereof, are selected so that when the insert 16 is within the dispensing unit 14, the buttons 60 are precisely received in the recesses 62, so that the insert 16 and the dispensing unit 14 are precluded from relative rotation as long as the insert 16 is within the support frame 22.
Drittens können die Seitenwände 54 des Einsatzes 16 sich radial nach außen erstreckende Flansche 64 definieren, und die Seitenwände 26 des Stützrahmens 22 können Fenster 66 hierdurch definieren, die so konfiguriert und dimensioniert sind, daß sie genau die Flansche 64 in sich oder durch sich hindurch aufnehmen. Die Anzahl der Flansche 64 und Fenster 66 sowie die Größe, Form und Abstand davon, sind so ausgewählt, daß, wenn der Einsatz 16 sich innerhalb des Stützrahmens 22 befindet, eine relative Rotation des Einsatzes 16 und der Abgabeeinheit 14 ausgeschlossen wird, solange wie die Flansche 64, sich genau in (und möglicherweise durch) die Fenster 66 erstrecken. Um zu ermöglichen, daß der Einsatz 16 mit seinen Flanschen 64 in leichter Weise in den Stützrahmen 22 mit seinen Fenstern 66 eingeführt werden kann, sind der Einsatz 16 oder wenigstens die Flansche 64 davon bevorzugt nachgiebig beweglich. Die Flansche 64 oder Fenster 66 können ebenso schräge Ränder haben, um ein Einpassen der Flansche 64 in die Fenster 66 während des Vorgangs des Einsetzens zu erleichtern.Third, the side walls 54 of the insert 16 may define radially outwardly extending flanges 64, and the side walls 26 of the support frame 22 may define windows 66 therethrough that are configured and dimensioned to precisely receive the flanges 64 within or through them. The number of flanges 64 and windows 66, as well as the size, shape and spacing thereof, are selected such that when the insert 16 is within the support frame 22, relative rotation of the insert 16 and the dispensing unit 14 is precluded as long as the flanges 64 precisely extend into (and possibly through) the windows 66. In order to enable the insert 16 with its flanges 64 to be easily inserted into the support frame 22 with its windows 66, the insert 16 or at least the flanges 64 thereof are preferably resiliently movable. The flanges 64 or windows 66 may also have beveled edges to facilitate fitting of the flanges 64 into the windows 66 during the insertion process.
Bei den letzten beiden Alternativen sind die Höhe der Knöpfe 60 und die Tiefe der Aussparungen 62 oder die relativen Höhen der Flansche 64 und der Fenster 66 so ausgewählt, daß die Bodenoberfläche 56 des Einsatzes 16 auf der oberen Oberfläche des Bodenteils 30 der Abgabeeinheit 14 ruhen wird. Es wird von Fachleuten auf dem Gebiet der Mechanik verstanden werden, daß eine große Vielzahl unterschiedlicher Schlüsselmechanismen, die auf dem Gebiet der Mechanik wohl bekannt sind, verwendet werden können, um eine relative Rotation des Einsatzes 16 und der Abgabeeinheit 14 auszuschließen. Es muß jedoch bedacht werden, daß bei der vorliegenden Erfindung mit der Zeit die bio-absorbierbaren Elemente -- das heißt die Abgabeeinheit 14 und der Einsatz 16 -- verschwinden werden, wenn der menschliche Körper das Material hydrolisiert, aus dem sie gemacht sind. Entsprechend muß eine Auswahl eines angemessenen Schlüsselmechanismus getroffen werden, um unter Berücksichtigung dieses Umstands eine relative Rotation des Einsatzes 16 und der Abgabeeinheit 14 auszuschließen. Es wird verstanden werden, daß, obwohl zu Darstellungszwecken eine Vielzahl unterschiedlicher Schlüsselmechanismen in einer einzelnen Ausführungsform erläutert worden sind, in der Tat ein einzelner Schlüsselmechanismus für eine besondere Ausführungsform ausreichen kann, obwohl eine Vielzahl von solchen Mechanismen ebenso verwendet werden kann.In the last two alternatives, the height of the buttons 60 and the depth of the recesses 62 or the relative heights of the flanges 64 and the windows 66 are selected so that the bottom surface 56 of the insert 16 will rest on the upper surface of the bottom portion 30 of the dispensing unit 14. It will be understood by those skilled in the art of mechanics that a wide variety of different key mechanisms well known in the art of mechanics can be used to preclude relative rotation of the insert 16 and the dispensing unit 14. It must be borne in mind, however, that with the present invention, over time the bio-absorbable elements -- that is, the dispensing unit 14 and the insert 16 -- will disappear as the human body hydrolyzes the material from which they are made. Accordingly, a selection must be made an appropriate key mechanism to preclude relative rotation of the insert 16 and the dispensing unit 14 in view of this circumstance. It will be understood that although for purposes of illustration a variety of different key mechanisms have been discussed in a single embodiment, in fact a single key mechanism may suffice for a particular embodiment, although a variety of such mechanisms may be used as well.
Um zu ermöglichen, daß der Einsatz 16 als eine chondrogene, wachstumsunterstützende Matrix fungiert, muß er Zugang für ein Eindringen von Gefäßen und von Zellwanderung bieten, um den Gelenkknorpeldefekt zu regenerieren. Ein solcher Zugang wird an dem inneren Umfang des Einsatzes 16 durch die Bohrung 58 bereitgestellt. An dem äußeren Umfang des Einsatzes 16 stellen die Fenster 66 auf dem Stützrahmen 22 einen direkten Kontakt zu dem angrenzenden gesunden Gelenkknorpel oder zu den angrenzenden Reparaturanordnungen her. Diese Fenster 66 erlauben ein Stattfinden einer Zellwanderung zu dem Einsatz. Die gesamte obere Oberfläche 52 des Einsatzes 16 wird der Gelenkumgebung des betroffenen Gelenks ausgesetzt, und ein wesentlicher Teil der Bodenoberfläche 56 des Einsatzes 16 wird gegenüber der Knochenschwammsubstanz durch Kanäle 68 exponiert, die sich axial durch den Boden 30 des Stützrahmens 22 erstrecken. Indem sie eine Verbindung zwischen dem Gebiet des entfernten beschädigten Gelenkknorpels und der gesunden Knochenschwammsubstanz oder dem Trabekelknochen herstellen, ist die Anzahl der Kanäle 68 sowie die Größe, Form und Anordnung davon so ausgewählt, daß sie ein gewünschtes Niveau an Verbindungen bereitstellen, ohne in übermäßig nachteilsmäßiger Weise die Stärke der Abgabeeinheit 14 beeinträchtigen. Die axial angeordneten Kanäle 68 sind natürlich radial außerhalb von dem verlängerten Bestandteil 23 angeordnet, so daß die Kanäle 68 sich nicht axial hindurch erstrecken müssen.In order to enable the insert 16 to function as a chondrogenic growth-supporting matrix, it must provide access for vascular ingress and cell migration to regenerate the articular cartilage defect. Such access is provided at the inner periphery of the insert 16 through the bore 58. At the outer periphery of the insert 16, the windows 66 on the support frame 22 make direct contact with the adjacent healthy articular cartilage or adjacent repair structures. These windows 66 allow cell migration to occur to the insert. The entire upper surface 52 of the insert 16 is exposed to the articular environment of the affected joint, and a substantial portion of the bottom surface 56 of the insert 16 is exposed to the cancellous bone substance through channels 68 extending axially through the bottom 30 of the support frame 22. In providing communication between the area of removed damaged articular cartilage and the healthy cancellous bone or trabecular bone, the number of channels 68 as well as the size, shape and arrangement thereof are selected to provide a desired level of communication without unduly detrimentally compromising the strength of the delivery unit 14. The axially disposed channels 68 are of course located radially outwardly from the elongated component 23 so that the channels 68 need not extend axially therethrough.
Die Abgabeeinheit 14 ist hart, und bevorzugt biegt oder deformiert sie sich nicht unter den zu erwartenden Drücken. Bevorzugt ist sie integral geformt. Es ist wesentlich, daß die Abgabeeinheit 14 aus einem bio-absorbierbaren Material gebildet ist, so wie diejenigen Materialien, die auf dem Gebiet der Implantate wohl bekannt sind. Zum Beispiel ist sie bevorzugt aus Polyglycolsäure, Polymilchsäure oder Kombinationen davon gemacht (z. B. Copolymere und Mischungen davon).The delivery unit 14 is rigid and preferably does not bend or deform under the expected pressures. Preferably, it is integrally molded. It is essential that the delivery unit 14 be formed from a bio-absorbable material, such as those materials well known in the implant art. For example, it is preferably made from polyglycolic acid, polylactic acid, or combinations thereof (e.g., copolymers and blends thereof).
Mehrere Abgabeeinheiten 14 können aneinandergrenzend in einem Gebiet von entferntem beschädigtem Gelenkknorpel eingebracht werden, so daß ein großer Teil des entfernten Gebiets mit den Anordnungen 12 gefüllt sein wird. In diesem Falle sind die Abgabeeinheiten 14 bevorzugt reguläre Polygone und passen sich in einer angrenzenden und benachbarten Anordnungsweise ein. Eine zirkuläre Abgabeeinheit kann verwendet werden, wenn nur eine Abgabeeinheit verwendet wird oder wenn nur eine teilweise Abdeckung des entfernten Gebiets erwünscht ist.Multiple delivery units 14 may be placed adjacent to one another in an area of removed damaged articular cartilage so that a large portion of the removed area will be filled with the arrays 12. In this case, the delivery units 14 are preferably regular polygons and fit in an adjacent and contiguous array manner. A circular delivery unit may be used when only one delivery unit is used or when only partial coverage of the removed area is desired.
Der Einsatz 16 ist im wesentlichen aus porösem Material in der Form einer Matrix oder eines Schwammes gemacht, der bevorzugt wenigstens 95% Hohlraumvolumen definiert, so daß er als ein biologisches Gerüst für ein Einwandern von Zellen dienen kann, um den Gelenkknorpel zu regenerieren. Typischerweise hat er den filzartigen Griff eines Vlies-Textils. Der Einsatz 16 kann manuell biegbar oder beweglich sein, wenn es notwendig ist, ihn in die Abgabeeinheit 14 zu stoßen, drücken oder einzupassen. Es ist wesentlich, daß der Einsatz 16 im wesentlichen (typischerweise wenigstens 99 Gew.-%) aus einem bio-absorbierbaren Material besteht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hyaluronsäure (zum Beispiel als eine Fasermatrix), Polyglycolsäure (z. B. als eine Fasermatrix), Collagen, einschließlich Typ-I- Collagen (z. B. als eine Schwammmatrix), Polymilchsäure (z. B. als eine Fasermatrix), Fibringerinsel (das in die Abgabeeinheit gefüllt und eingegossen sein kann), Collagengel (das in eine Polyglycolsäurematrix überschichtet sein kann), isolierte Periostzellen, Polydioxan, Polyester, Alginat oder Kombinationen davon. Die Polymilchsäure und zu einem geringeren Grad die Hyaluronsäure, Polyglycolsäure und Alginat, tragen zur Härte und Langlebigkeit (d. h. der Lebensspanne in situ nach der Implantation) des Einsatzes 16 bei. Der Einsatz kann angeschmolzen sein (d. h. hitzebehandelt oder gekocht), um seine Kristallinität und daher seine Härte und Langlebigkeit zu modifizieren. Die isolierten Periostzellen können in dem Einsatzmaterial kultiviert sein oder zum Zeitpunkt der Operation in das Einsatzmaterial überschichtet werden. Andere Zelltypen, wie etwa mesenchymale Stammzellen oder Chondrocyten können ebenso dem Einsatzmaterial zugefügt werden.The insert 16 is made essentially of porous material in the form of a matrix or sponge, preferably defining at least 95% void volume so that it can serve as a biological scaffold for infiltration of cells to regenerate the articular cartilage. Typically it has the felt-like feel of a nonwoven textile. The insert 16 may be manually bendable or movable when it is necessary to push, press or fit it into the delivery unit 14. It is essential that the insert 16 consist essentially (typically at least 99% by weight) of a bio-absorbable material selected from the group consisting of hyaluronic acid (e.g., as a fibrous matrix), polyglycolic acid (e.g., as a fibrous matrix), collagen, including type I collagen (e.g., as a sponge matrix), polylactic acid (e.g., as a fibrous matrix), fibrin island (which may be filled and cast into the delivery unit), collagen gel (which may be overcoated in a polyglycolic acid matrix), isolated periosteal cells, polydioxane, polyester, alginate, or combinations thereof. The polylactic acid, and to a lesser extent the hyaluronic acid, polyglycolic acid, and alginate, contribute to the toughness and longevity (i.e., lifespan in situ after implantation) of the insert 16. The insert may be fused (i.e., heat treated or boiled) to modify its crystallinity and therefore its hardness and durability. The isolated periosteal cells may be cultured in the insert or overlaid into the insert at the time of surgery. Other cell types, such as mesenchymal stem cells or chondrocytes, may also be added to the insert.
Zusätzlich kann der Einsatz 16 in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung innerhalb der Matrix "Reparaturfaktoren" wie etwa Wachstumsfaktoren und/oder Bindefaktoren enthalten, die auf dem Gebiet der Medizin wohl bekannt sind. Zum Beispiel kann der Einsatz 16 als Wachstumsfaktoren den Fibroblastenwachstumsfaktor (sauer oder basisch), den transformierenden Wachstumsfaktor beta (1, 2,3 oder eines der Mitglieder der Supergenfamilie von TGF-beta, wie etwa knochenmorphogenes Protein, BMP), Insulin, insulinartigen Wachstumsfaktor 1 und 2, Blutplättchen-abgeleiteten Wachstumsfaktor oder Kombinationen davon enthalten. Die Bindungsfaktoren, die in dem Einsatz verwendet werden können, schließen Fibronectin, RGD-Polypeptid und Kombinationen davon ein. Typischerweise machen die Reparaturfaktoren insgesamt weniger als 1 Gew.-% des Einsatzes aus, können aber bis zu 10% reichen, abhängig von den spezifischen Aktivitäten und Freisetzungskinetiken der Faktoren. Die Reparaturfaktoren können mit der grundlegenden Implantatzusammensetzung (z. B. während ihrer Polymerisation) chemisch kombiniert werden oder können zu einer bereits geformten grundlegenden Implantatzusammensetzung zugegeben werden. Im ersteren Fall wird zusätzlicher Reparaturfaktor typischerweise verfügbar werden, wenn die grundlegende Implantatszusammensetzung biologisch abgebaut wird.Additionally, in a preferred embodiment of the invention, the insert 16 may contain within the matrix "repair factors" such as growth factors and/or binding factors that are well known in the medical field. For example, the insert 16 may contain as growth factors fibroblast growth factor (acidic or basic), transforming growth factor beta (1, 2,3 or any of the members of the supergene family of TGF-beta, such as bone morphogenic protein, BMP), insulin, insulin-like growth factor 1 and 2, platelet-derived growth factor, or combinations thereof. The binding factors that may be used in the insert include fibronectin, RGD polypeptide, and combinations thereof. Typically, the repair factors total less than 1% by weight of the insert, but may range up to 10%, depending on the specific activities and release kinetics of the factors. The repair factors may be chemically combined with the basic implant composition (e.g., during its polymerization) or may be added to an already formed basic implant composition. In the former case, additional repair factor will typically become available as the basic implant composition biodegrades.
Unter Bezugnahme jetzt auf Fig. 5 wird nach einem operativen Entfernen des beschädigten oder zerstörten Gelenkknorpels der verlängerte Bestandteil 23 (der sich von dem konkaven Bodenteil 30 des Stützrahmens 22 nach unten erstreckt) in die Knochenschwammsubstanz 74 durch die subchondrale Knochenplatte 72 gebracht, die sich unterhalb des beschädigten Gelenkknorpelgebiets befindet. Der Stützrahmen 22 wird von der subchondralen Knochenplatte 72 gestützt. Der verlängerte Bestandteil 23 hat einen stumpfen, schrägen Boden 40, so daß der verlängerte Bestandteil 23 in leichter Weise in die Knochenschwammsubstanz 74 eingebracht werden kann, die eine weiche Region des Knochens ist. Der Boden 40 des verlängerten zylindrischen Bestandteils 23 ist stumpf, so daß der Boden 40 nicht bricht, wenn der verlängerte zylindrische Bestandteil 23 innerhalb der Knochenschwamrrisubstanz 74 eingebracht wird. Wenn der verlängerte Bestandteil 23 in die weiche Knochenschwammsubstanz 74 eingebracht wird, wird die Knochenschwammsubstanz 74 durch die sich radial erstreckenden Rippen 38 des verlängerten Bestandteils 23 verdrängt und bildet sich um sie herum. Auf diese Weise wird der verlängerte Bestandteil 23 und damit das gesamt Knorpelreparatursystem 10 an Ort und Stelle gehalten.Referring now to Fig. 5, after surgical removal of the damaged or destroyed articular cartilage, the elongated component 23 (which extends downward from the concave bottom portion 30 of the support frame 22) is inserted into the cancellous bone 74 through the subchondral bone plate 72 located beneath the damaged articular cartilage area. The support frame 22 is supported by the subchondral bone plate 72. The elongated component 23 has a blunt, sloped bottom 40 so that the elongated component 23 can be easily inserted into the cancellous bone 74, which is a soft region of the bone. The bottom 40 of the elongated cylindrical component 23 is blunt so that the bottom 40 will not break when the elongated cylindrical component 23 is inserted within the cancellous bone 74. When the extended component 23 is inserted into the soft cancellous bone 74, the cancellous bone 74 is displaced by and forms around the radially extending ribs 38 of the extended component 23. In this way, the extended component 23 and thus the entire cartilage repair system 10 is held in place.
Wenn die Abgabeeinheit 20 in den Knochen gebracht wird, ist der obere Rahmen 24 des Stützrahmens 22 planar mit dem unbeschädigten Gelenkknorpel 76. Die Fenster 66 und der obere Rahmen 24 des Stützrahmens 22 sind nicht innerhalb des Knochens eingebracht, sondern bleiben gegenüber dem umgebenden Gelenkknorpel exponiert. Die obere Oberfläche 52 des polymere Einsatzes 50 wird der Gelenkraumumgebung exponiert. Der obere Teil der äußeren Oberfläche der Seitenwände 26 des Stützrahmens 22 grenzt seitlich entweder an den oberen Teil der äußeren Oberfläche der Seitenwände 26 von angrenzenden Stützrahmen 22 (siehe Fig. 6) oder an unbeschädigten Gelenkknorpel 76 an, wenn er angrenzend an einen peripheren Teil eines Gebiets von entferntem Knorpel gebracht wird. Der Bodenteil der äußeren Oberfläche der Seitenwände 26 des Stützrahmens 22 (d. h. die Teile unterhalb der Fenster 66) ruht auf der subchondralen Knochenplatte 72 und grenzt seitlich an sie an.When the delivery unit 20 is placed into the bone, the upper frame 24 of the support frame 22 is planar with the undamaged articular cartilage 76. The windows 66 and the upper frame 24 of the support frame 22 are not placed within the bone, but remain exposed to the surrounding articular cartilage. The upper surface 52 of the polymeric insert 50 is exposed to the joint space environment. The upper part of the outer surface of the side walls 26 of the support frame 22 laterally borders either the upper portion of the outer surface of the side walls 26 of adjacent support frames 22 (see Fig. 6) or to undamaged articular cartilage 76 when placed adjacent to a peripheral portion of an area of removed cartilage. The bottom portion of the outer surface of the side walls 26 of the support frame 22 (ie, the portions below the windows 66) rests on and is laterally adjacent to the subchondral bone plate 72.
Wenn das Knorpelreparatursystem der Erfindung in ein Gebiet von entferntem beschädigten Gelenkknorpel durch die subchondrale Knochenplatte 72 in die Knochenschwammsubstanz 74 gebracht wird, ermöglichen die Kanäle 68 in dem Bodenteil 30 des Stützrahmens 22 eine Verbindung zwischen der gesunden Knochenschwammsubstanz 74 und dem beschädigten Gelenkknorpelgebiet über eine chondrogene, wachstumsunterstützende Matrix. Dies erlaubt ein Eindringen von Gefäßen und eine Zellwanderung, die zu einer Regenerierung des Gelenkknorpels führt. Der regenerierte Gelenkknorpel ist funktionell ähnlich zu unbeschädigtem Gelenkknorpel. Das Knorpeireparatursystem der Erfindung wird mit der Zeit bio-absorbiert und muß deshalb nicht während oder nach der Knorpelregeneriung operativ entfernt werden. Die Absorptionsrate ist abhängig von der Zusammensetzung und kann von 6-12 Wochen bis zu einem Jahr reichen, abhängig von der ortsspezifischen Anwendung.When the cartilage repair system of the invention is delivered to an area of removed damaged articular cartilage through the subchondral bone plate 72 into the cancellous bone 74, the channels 68 in the bottom portion 30 of the support frame 22 allow communication between the healthy cancellous bone 74 and the damaged articular cartilage area via a chondrogenic, growth-supporting matrix. This allows vascular penetration and cell migration leading to regeneration of the articular cartilage. The regenerated articular cartilage is functionally similar to undamaged articular cartilage. The cartilage repair system of the invention is bio-absorbed over time and therefore does not need to be surgically removed during or after cartilage regeneration. The absorption rate is composition dependent and can range from 6-12 weeks to one year, depending on the site-specific application.
Während die grundlegende bio-absorbierbare Zusammensetzung des Einsatzes 16 mit der Zeit abgebaut oder hydrolysiert wird, werden jegliche Reparaturfaktoren, die darin enthalten sind, fortschreitend in die Stelle freigesetzt, wodurch eine weitere zelluläre Regenerierung gefördert wird. Eine zelluläre Regenerierung findet im ganzen Einsatz statt.As the basic bio-absorbable composition of the insert 16 is degraded or hydrolyzed over time, any repair factors contained therein are progressively released into the site, promoting further cellular regeneration. Cellular regeneration occurs throughout the insert.
Der Begriff "bio-absorbierbar" wird in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, um ein Material zu bezeichnen; das durch den Körper abgebaut oder absorbiert wird, so daß der regenerierte Gelenkknorpel drumherum funktionell ähnlich zu unbeschädigtem Gelenkknorpel ist.The term "bio-absorbable" is used in the specification and claims to refer to a material that is broken down or absorbed by the body so that the regenerated articular cartilage therearound is functionally similar to undamaged articular cartilage.
Um zusammenzufassen, die vorliegende Erfindung stellt ein System zum Regenerieren von Gelenkknorpel bereit, bei dem er regenerierte Gelenkknorpel funktionell ähnlich einem unbeschädigten Gelenkknorpel ist und deshalb beschädigten oder zerstörten Gelenkknorpel ersetzt, ohne Zement oder eine nicht-bio-absorbierbare Prothesevorrichtung zu verwenden.To summarize, the present invention provides a system for regenerating articular cartilage, wherein the regenerated articular cartilage is functionally similar to undamaged articular cartilage and therefore replaces damaged or destroyed articular cartilage, without using cement or a non-bio-absorbable prosthetic device.
Da jetzt die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgezeigt und in Einzelheiten beschrieben worden sind, werden unterschiedliche Modifikationen und Verbesserungen hierzu in leichter Weise für Fachleute auf dem Gebiet einsichtig sein. Entsprechend soll der Umfang der vorliegenden Erfindung breit und nur durch die angehängten Ansprüche beschränkt aufgefaßt werden und nicht durch die vorhergehende Beschreibung.Having now shown and described in detail the preferred embodiments of the present invention, various modifications and improvements thereto will be readily apparent to those skilled in the art. Accordingly, the scope of the present invention is to be construed broadly and limited only by the appended claims and not by the foregoing description.
Claims (23)
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