DE69629666T2

DE69629666T2 - Mehrschichtige matritze oder implantat zur anwendung bei geschädigtem knorpelgewebe

Info

Publication number: DE69629666T2
Application number: DE69629666T
Authority: DE
Inventors: M. James PACHENCE; Sally Frenkel; David Menche
Original assignee: Hospital for Joint Diseases
Current assignee: Hospital for Joint Diseases
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 2004-06-24
Also published as: JPH10513386A; AU693323B2; EP0808142A4; DE69629666T8; WO1996024310A1; EP0808142A1; EP0808142B1; US6080194A; AU4918996A; DE69629666D1; CA2212632A1

Description

Die vorliegende Erfindung liegt in den technischen Gebieten der Chirurgie, der Medizin, der Gewebetechnologie, der Biologie, der Biomaterialien, der Polymere und der Biochemie. Es handelt sich dabei um ein Produkt für die Reparatur von Knorpelverletzungen mit und ohne den Einsatz von in vivo gezüchteten Chondrozyten.
Es wurde sehr gut dokumentiert, daß ein verletzter artikulärer Knorpel nur eine begrenzte Fähigkeit zur Selbstreparatur aufweist. Da ein artikulärer Knorpel relativ avaskulär und aneural ist, führt ein Verlust des Oberflächengewebes zu einer dauerhaft narbigen Stelle. Verletzungen, bei denen der subchondrale Knochen gebrochen ist, der eine größere vaskuläre Versorgung aufweist, reagiert mit einer Entzündung/Reparatur, wobei sich die geschädigte Stelle mit Faserknorpelgewebe füllt (Convery et al., 1972). In jedem Fall ist die Funktion verschlechtert und chronische Schmerzen sind die übliche Prognose, da sich die biochemischen und die biomechanischen Eigenschaften des Knorpels geändert haben. Laufende Behandlungsprotokolle verlangen nach einem chirurgischen Eingriff (z. B. einer Ausschabungsarthroplastik, einer Exzision und einem Ausbohren, einem Ausschneiden von artikulärem Knorpel und einem arthroskopischen Abschaben) und führt meistens wieder zu einer ungenügenden Reparatur. Die Langzeitmorbidität, wie die Degeneration zu arthritischen Zuständen, tritt oft bei Patienten mit chronischen Knorpelproblemen auf.
Nichtsdestoweniger hat ein artikulärer Knorpel theoretisch einige Eigenfähigkeit, nach einer Verletzung zu heilen. Beispielsweise sind Chondrozyten zu einer Replikation in der Lage, wenn sie enzymatisch aus der Knorpelmatrix isoliert werden (Grande et al., 1989). Es wurde vorgeschlagen, daß eine Knorpelreparatur begonnen werden kann durch entweder eine Replikation von Chondrozyten in den dem Defekt benachbarten Bereichen oder durch Metaplasie von Chondrozyten aus anderen Bindegewebsstammzellen innerhalb der Gelenkkapsel, z. B. aus dem Synovium und dem Subchondralknochen (Sokoloff, 1978). Ausgehend von dieser Möglichkeit sind die Forschungen bezüglich eines Autotransplantats oder Allotransplantatgewebes und analogen Geweben zur Heilung von Knorpelverletzungen fortgeschritten.
Es wurden Techniken für den Einsatz von autologem Gewebe, wie die Transplantation von 1) osteochondralem Implantat (DePalma et al., 1963), 2) Chondrozyten (Grande et al., 1989), 3) Periost (Homminga et al., 1990), und 4) demineralisiertem Knochen (Dahlberg und Kreicbergs, 1991), entwickelt. Diese Techniken wurden benutzt, um ganze Gelenke oder Teile hiervon zu transplantieren, mit unterschiedlichen Ergebnissen. Beispielsweise versuchte eine Reihe von Forschern, Knorpeldefekte unter Einsatz von aus epiphysären Platten isolierten Chondrozyten sowie von artikulären Zellen zu heilen, und zwar mit der Hypothese, daß diese Zellen wegen ihres erhöhten Metabolismus (Itay et al., 1987) eine größere Erfolgschance hätten. Von klinischen Studien unter Einsatz von gezüchteten Zellen wurden hervorragende Ergebnisse berichtet, die nach zwei bis vier Jahren nach der Operation eine deutliche Abnahme des Schmerzes und eine Wiederherstellung der normalen Funktion zeigten (Iloika et al., 1990; Ilomminga et al., 1990).
Andere Untersuchungen benutzten eine Kombination aus Materialien und autologem Gewebe, um Knorpeldefekte wirksam zu reparieren, z. B. 1) demineralisierten Knochen mit Perichondrium (Billings et al., 1990), 2) Polymilchsäurematrices und periostale Implantate (von Schroeder et al., 1991), und 3) bioresorbierbare Netze und Chondrozyten (Freed et al., 1993). Obwohl diese Versuche ein Reparaturgewebe ergaben, das mehr einem normalen Knorpel als entweder den ungefüllten oder den mit Materialien allein gefüllten Stellen ähnelte, war es offensichtlich, daß wieder eine erhebliche Menge an Faserknorpelbildung eintrat.
In den US-Patenten Nr. 4,505,266 und 4,458,678 berichten Yannas et al. in Spalte 11, daß verschiedene "Arten von Fasergittern für den Einsatz als temporäre prosthetische Vorrichtungen innerhalb der meisten Körperregionen, z. B. der Haut, der Blutgefäfle, der Knochen, des Bindegewebes, des kontraktilen Gewebes und der kontraktilen Organe geeignet sein können. Solche Gitter ergeben ein strukturelles System, in dem eigentlich jede Art von Zellen wachsen, wandern und proliferieren kann. Sie können chirurgisch eigentlich in jede Körperregion eingesetzt werden, und wenn sie in entsprechender Weise mit der geeigneten Art oder den geeigneten Arten von Zellen beimpft werden, können sie die Regenerierung von neuem Gewebe ermöglichen. Wenn beispielsweise ein Patient unter einer Schädigung oder einer Erkrankung eines Organs leidet, kann das Entfernen eines Teils des Organs nötig sein. An der Stelle, die durch das Entfernen des Teils des Organs entstanden ist, kann ein Fasergitter eingesetzt werden. Wenn eine ausreichende Anzahl von gesunden Zellen von einem anderen Teil jenes Organs oder von einem verträglichen Spender mittels der Methoden der vorliegenden Erfindung in das Gitter ein geimpft wird, kann es möglich sein, die Erholung und Regenerierung des Organs stark zu fördern."
Das US-Patent Nr. 4,846,835 berichtet, daß Chondrozyten, die in einer dreidimensionalen Collagenmatrix gewachsen sind, das Heilen von artikulären Knorpelverletzungen, bei denen die subchondrale Platte nicht gebrochen ist, verbessern können.
Auch die US 5,306,311 beschreibt eine prosthetische artikuläre Knorpelvorrichtung, die mittels einer Presspassungsmethode eingesetzt wird. Die Vorrichtung ist aus bioverträglichen und mindestens teilweise bioresorbierbaren Fasern hergestellt. Die Vorrichtung kann mittels eines Klebstoffs an ihrer Stelle an dem Knochen gehalten werden.
In bei Kaninchen durchgeführten Versuchen, in denen die Lehren von Yannas und Grande nachgearbeitet wurden, wurden gezüchtete Chondrozyten in eine dreidimensionale Collagenmatrix eingeimpft, und die beimpfte Matrix wurde in eine chirurgisch erzeugte artikuläre Knorpelverletzung implantiert. Im Hinblick auf jene Lehren wurde überraschenderweise gefunden, daß zusätzlich zur Anwesenheit des gewünschten hyalinartigen Knorpels eine deutliche Menge von unerwünschtem Faserknorpel gebildet wurde, anscheinend durch Fibroblasten, die aus der subchondralen Platte in die Matrix gewandert sind. Somit zeigen diese Versuche, daß weder Yannas noch Grande ein Verfahren zur Bildung eines hochwertigen hyalinartigen Knorpels lehren, der für eine Reparatur von Defekten in artikulärem Knorpel geeignet wäre, da sie keine Maßnahme vorsehen, im Hinblick auf unerwünschte Arten von Zellen, welche von dem umgebenden Gewebe aus die Matrix infiltrieren können, eine Auswahl zu treffen. Bei der vorliegenden Erfindung haben wir einen neuen Weg gefunden, um das Wachstum des gewünschten hyalinartigen Knorpels auszurichten, und vermeiden so die Schwierigkeiten des Standes der Technik.
Dementsprechend ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mehrstufiges Collagenimplantat zur Reparatur von Knorpelverletzungen bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein mehrstufiges Collagenimplantat zur Reparatur von Knorpelverletzungen anzugeben, das wirksam und sicher ist.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein mehrstufiges Collagenimplantat zur Reparatur von Knorpelverletzungen zu schaffen, das resorbierbar ist.
Defekte in artikulärem Knorpel können durch Verwendung einer Regenerierungsschablone geheilt werden, die durch Kombinieren eines porösen Collagenschwamms (einer "Collagenmatrix") mit einer dichten Collagenmembran hergestellt worden ist. Die dichte Collagenmembran wird mit einer Porengröße von weniger als 1 μm (Mikrometer) gebildet und mit einem nichtzytotoxischen Mittel vernetzt, um die Festigkeit zu erhöhen und die Resorptionszeit zu verlängern. Wegen dieser dichten Collagenmembran kann die Erfindung bei Defekten in voller Dicke, einschließlich jenen, die durch die subchondrale Platte hindurchgehen, angewandt werden. Die dichte Collagenmembran wird auf die Oberfläche des Knorpeldefekts aufgesetzt, um eine Zellenwanderung von der subchondralen Platte und den Gefäßen aus zu verhindern. Die Collagenmembran erlaubt eine Bewegung und einen Austausch von Fluiden, Nährstoffen, Cytokinen und anderen Faktoren, die für eine Knorpelregenerierung nötig sind. Die Collagenmatrix wird auf der Oberseite der dichten Collagenmembran angeordnet. Die Collagenmatrix hat eine Porengröße zwischen 50 und 200 Mikrometer und erlaubt das Anbringen von Zellen, insbesondere von Chondrozyten.
Andere Aufgaben und viele begleitende Merkmale der vorliegenden Erfindung werden leicht ersichtlich, da diese durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung. besser zu verstehen ist, wenn eine Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erfolgt. Darin zeigt
1 die Anatomie eines normalen Knorpels und einen Defekt oder eine Wundstelle 4, wo die folgenden Bezugszeichen erscheinen:
1 stellt die artikuläre Oberfläche dar, 2 den hyalinen Knorpel, 3 den schwammigen Knochen und das Mark, 4 den Defekt, 5 die extrazelluläre Matrix, 6 Chrondrozyten, 7 Tidemark, 8 einen verkalkten Knorpel und 9 die subchondrale Platte.
2 zeigt einen Anker 11 mit daran befestigten chirurgischen Fäden 10, die an der Defektstelle 4 in den Knochen 3 eingebettet sind.
3 zeigt das Positionieren der Collagenschablone 12 mit der porösen Collagenmatrix 13 und die dichte Collagenmembran 14 beim Einfädeln der verankerten Nahtfäden 10 durch die Schablone 12.
4 zeigt das Anordnen einer oberen Schutzschicht 15 beim Befestigen dieser Schicht 15 und der Schablone 12 mit den Verankerungsnahtfäden 10.
Defekte in artikulärem Knorpel können durch Einsatz einer Schablone 12 geheilt werden, die durch Kombinieren eines porösen Collagenschwamms ("Collagenmatrix") 13 mit einer dichten Collagenmembran 14 gebildet worden ist.
Die dichte Collagenmembran 14 wird mit einer Porengröße von weniger als einem Mikrometer hergestellt und mit einem nichtzytotoxischen Mittel vernetzt, um die Festigkeit zu erhöhen und die Resorptionszeit zu verlängern. Wegen dieser dichten Collagenmembran 12 kann die Schablone 12 bei Defekten 4, die sich über die gesamte Dicke erstrecken, verwendet werden, einschließlich jener, die durch die subchondrale Platte 9 hindurchgehen. Die dichte Collagenmembran 14 wird auf die Oberfläche des Knorpeldefekts 4 aufgelegt, um zu verhindern, daß eine Zellenwanderung von der subchondralen Platte 9 und dem Gefäßsystem ausgeht. Die Collagenmembran 14 erlaubt eine Bewegung und einen Austausch von Fluiden, Nährstoffen, Cytokinen und anderen Faktoren, die für eine Knorpelregenerierung nötig sind.
Es wurde eine Collagenschablone 12 entwickelt, die eine Befestigung und ein Wachstum von Zellen, insbesondere von Chondrozyten 6, ermöglicht. In-vitro-Untersuchungen wurden benutzt, um die optimale Porengröße der porösen Collagenmatrixkomponente 13 der Schablone 12 zu bestimmen. Die Collagenmatrix 13 kann verwendet werden, um Chondrozyten 6 in vitro zu immobilisieren und das nachfolgende Zellwachstum zu unterstützen. Die Zellenzahl kann dann in vitro vergrößert werden, und die Collagenmatrix 13 kann benutzt werden, um die Zellen zu der Reparaturstelle 4 zu transportieren und sie im Anschluß an die Implantation an ihrer Stelle zu halten.
Die Collagenmatrixkomponente 13 der Schablone 12 wurde entwickelt, um ein Festhalten und ein Wachstum der Zellen, insbesondere der Chondrozyten 6, zu ermöglichen. Es wurden in-vitro-Untersuchungen zur Bestimmung der optimalen Porengröße der porösen Collagenmatrixkomponente 13 der Schablone 12 benutzt. Die Collagenmatrix 13 kann verwendet werden, um Chondrozyten 6 in vitro zu immobilisieren und das nachfolgende Zellwachstum zu unterstützen. Die Zellenzahl kann dann in vitro erhöht werden, und die Collagenmatrix kann verwendet werden, um die Zellen an die Reparaturstelle zu transportieren und sie im Anschluss an die Implantation an ihrer Stelle zu halten.
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, daß die Porengröße der Collagenmatrix 13 durch Verändern des pH-Werts der Dispersion, der Collagenkonzentration und des Lyophilisierungszyklus (Gefrierzeit, Temperaturbereich und Zykluszeit (Dillion et al. 1986)) gesteuert werden kann. Siehe auch US-Patent Nr. 4,522,753. Die Collagenmatrices wurden auch gemäß ihrer Durchlässigkeit gegenüber kugelförmigen Makromolekülen charakterisiert. Beispielsweise wurde gefunden, daß eine Porenstruktur von etwa 15 Mikrometer Moleküle ausschließt, die größer als 10⁶ Daltons sind; eine dichte Collagenmembran hatte einen Molekulargewichtsausschluß von 7 × 10⁴ Daltons (Li, 1987). Man ließ Chondrozyten an Collagenmatrices des Typs I mit verschiedener Porenstruktur wachsen, um die Wirkung der durchschnittlichen Matrixporengröße auf die Geschwindigkeit des Zellwachstums zu bestimmen. Es wurde gefunden, daß die Porenstruktur die Geschwindigkeit des Zellwachstums nach 12 Tagen nicht beeinflußt. Jedoch war die Infiltration von Chondrozyten bei durchschnittlichen Porengrößen von über 100 Mikrometer größer. Eine parallele Untersuchung unter Einsatz von Fibroblasten zeigte ähnliche Ergebnisse des Zellwachstums. Es ist wich tig, zu bemerken, daß die Wachstumsgeschwindigkeit von Fibroblasten auf der dichten Collagenmembran etwa die gleiche wie im Fall einer porösen Matrix war, daß aber das wandern von Zellen durch die Membran hindurch ausgeschlossen wurde (Pachence et al., 1991).
Die dichte Collagenmembran 14 kann vor der Zellenzüchtung oder vor der Implantation an der Collagenmatrix 13 befestigt werden, und zwar unter Benutzung 1) von bioresorbierbaren Nähten oder 2) einer Verschmelzungstechnik, die erfordert, daß während der Bildung die dichte Collagenmembran 14 in die Collagenmatrix 13 incorporiert wird.
Es wurde durch eine Reihe von in-vivo-Untersuchungen gezeigt, daß die Schablone 12 mit und ohne Zusatz von Chondrozyten 6 das Heilen von chirurgisch induzierten, in voller Dicke vorliegenden Defekten in einem Kaninchenmodell mit einer Knorpelschädigung fördert. Die mit Chondrozyten beimpften Schablonen haben durch die Anwendung von histologischen, biochemischen und mechanischen Analysen von wiedergewonnenen Stellen von Implantatgeweben gezeigt, daß sie ein Reparaturgewebe ergeben, das ein hyaliner Knorpel zu sein scheint.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt wird, kommt der Orientierung der Schablone 12 in dem Knorpeldefekt 4 eine fundamentale Bedeutung zu, um ein erfolgreiches Ergebnis zu erzielen. Die dichte Schicht 14 wird "nach unten" in den Defekt 4 eingesetzt und berührt den Knochen 3, und die poröse Schicht 13 liegt in der Ebene des natürlichen Knorpels. Es wurde experimentell gezeigt, daß die dichte Schicht 14 die Bildung von Fibroknorpel inhibiert. Die Dicken der Komponenten der Schablone 12 können in Abhängigkeit von den Umständen des Einsatzes variieren. Beispiels weise kann die Dicke der dichten Collagenmembran im Bereich von 50 bis 200 Mikrometer oder mehr um die Dicke der porösen Collagenmatrix im Bereich von 0,5 bis 8 Millimeter oder mehr liegen.
Die Methoden der chirurgischen Fixierung für ein Knorpelreparaturmaterial 12 sind wichtig, da eine Bewegung des Gelenks das Implantat vor der Heilung verschieben kann. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Befestigungsmethode angewandt, um die Collagenmatrix 13 und die dichte Collagenmembran 14 an ihrer Stelle zu halten. Die Methode besteht im Verankern von Nahtfäden 10 durch die subchondrale Platte 9 in das knochenartige Gewebe 3 hinein, wobei mindestens zwei Fäden 10 aus der Oberfläche heraustreten. Die verankerten Nahtfäden 10 werden dann durch das Collagenimplantat 12 an seinen vier Viertelkreisen hindurchgezogen und werden so dazu benutzt, das Knorpelreparaturmaterial 12 an der Wundstelle 4 zu befestigen. Wie in 4 gezeigt wird, wird in einigen Fällen ein Stück von einem autologen Periost 15 über der Oberseite der Collagenmatrix 13 angeordnet und auch durch die verankerten Nahtfäden 10 befestigt.
Beispiel 1
Herstellung und Eigenschaften der porösen Matrix
Unter Anwendung der Standardmethoden, wie sie im US-Patent Nr. 5,206,028 beschrieben sind, wird eine Collagenmatrix hergestellt. Die Matrix hat eine mittlere Porenstruktur zwischen 50 und 200 Mikrometer, vorzugsweise von 150 Mikrometer. Collagen des Typs I wird in einer 0,5%-igen Milchsäurelösung mit einer endgültigen Collagenkonzentration von 0,7 Gew.-% dispergiert. Die Collagendispersion wird durch einen Filter aus rostfreiem Stahl mit einer Größe von 100 mesh gedrückt und dann bis zu einer Dicke von 4 mm in Schalen gegossen. Die Dispersion wird zwei Stunden bei –35°C gefroren, bevor ein Vakuum angelegt wird. Die gefrorene Dispersion wird dann während 48 Stunden unter einem Vakuum von 50 Micron lyophilisiert, wobei die Temperatur auf 20°C ansteigt. Die Lagertemperatur wird nachfolgend während weiterer 24 Stunden auf 25°C erhöht, um den Zyklus zu vervollständigen. Die Collagenmatrix wird unter Einsatz eines nichtzytotoxischen Mittels oder durch Anwendung einer vorher beschriebenen physikalischen Methode (Weadock et al., 1983) vernetzt. Beispielsweise kann die Collagenmatrix verdampftem Formaldehyd (5%-ige Lösung) ausgesetzt werden. Das auf diese Weise erfolgende Vernetzen ermöglicht es, daß das Implantat für vier bis acht Wochen intakt bleibt.
Beispiel 2
Herstellung und Eigenschaften der dichten Collagenmembran
Gemäß der im US-Patent Nr. 5,206,028 angegebenen Verfahrensweise wird eine dichte Collagenmembran hergestellt. Eine poröse Matrix mit einer Dicke von 4 bis 10 mm wird unter Einsatz einer feuchtigkeitsgesteuerten Kammer bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 80% während 60 Minuten bei 25°C hydratisiert. Das feuchte Collagenmaterial wird zwischen zwei Teflon-Platten bis zu einer Dicke von weniger als 0,2 mm gepresst. Das gepresste Material wird dann in einer Lösung von 0,5% Formaldehyd und 1% Natriumbicarbonat bei pH 8 während 60 Minuten vernetzt. Die vernetzte Membran wird dann gründlich mit Wasser gespült und dann über Nacht unter ähnlichen Bedingungen wie im Beispiel 1 gefriergetrocknet, mit der Ausnahme, daß die Zeit für das Gefriertrocknen etwa 48 Stunden beträgt. Die dichte Collagen membran weist einen inneren Aufbau aus dicht gepackten Fasern auf, die in einer Mehrschichtenstruktur miteinander verflochten sind. Die Collagenmembran erlaubt eine Diffusion von Molekülen mit einem Molekulargewicht von mindestens 10⁵, erlaubt aber kein Eindringen von Fibroblasten.
Beispiel 3
Verwendung einer nicht mit Zellen beimpften Matrix bei Knorpeldefekten

1. Herstellen einer chirurgisch definierten Stelle, etwas kleiner als die Größe des Matriximplantats. Die Tiefe soll etwa die gleiche Größe wie der Collagenmatrix-Zellen-Verbund aufweisen. Die chirurgisch vorbereitete Stelle soll durch die subchondrale Platte hindurchgehen (d. h., ein blutendes Bett).
2. Setzen eines Ankers, der zwei daran befestigte resorbierbare Nahtfäden aufweist, in das Zentrum der chirurgisch vorbereiteten Stelle (2). Es stehen vier Fäden zur Verfügung, einer in jedem Viertelkreis.
3. Anbringen einer dichten Collagenmembran (Porenstruktur kleiner als ein Mikrometer) auf der Collagenmatrix unter Verwendung von resorbierbaren Nahtfäden, wie Vicryl 7-0 (3).
4. Anordnen der Schablone mit der dichten Collagenmembran am Boden der chirurgisch vorbereiteten Stelle, Befestigen der Schablone an ihrer Stelle mit den Nahtfäden durch Hindurchziehen derselben durch die Schablone.
5. Anordnen eines schützenden Teils aus tibialem Periost über der Matrix. Das Periost muß in folgender Weise über dem Implantat ausgerichtet werden. Die Kambiumschicht wird zum Implantat hin orientiert (nach unten in den Defekt hinein), und die Faserschicht ist zu der artikulären Oberfläche hin gerichtet (aufwärts in den Raum der Verbindung hinein). Durchziehen des Nahtfadens durch das Periost und Festbinden der Fäden an der Oberseite der Schutzplatte (4).

Beispiel 4
Verwendung einer mit Zellen beimpften Matrix bei Knorpeldefekten

1. Herrichten einer autologen Gewebsprobe, die Knorpel- oder Vorläuferzellen enthält.
2. Entfernen der extrazellularen Matrix von der Gewebsprobe und anschließendes Isolieren von Zellen unter Anwendung von Standardmethoden.
3. Vermehren der Zellen in einer Kultur.
4. Die dichte Collagenmembran wird an der Collagenmatrix mittels bioresorbierbarer Nahtfäden, wie Vicryl 7-0, befestigt.
5. Hinzufügen von Zellen zu der porendefinierten Collagenmatrix, so daß Zellen durch die Matrix hindurchdringen. Dies kann durch Aufbringen der Zellsuspension auf die Matrix und dann vorsichtiges Anlegen eines Vakuums unter der Matrix geschehen.
6. Züchten der Collagenschablone/Zellen-Verbunds während einer Woche oder mehr.
7. Herstellen einer chirurgisch definierten Stelle, die etwas kleiner ist als die Größe des Implantats. Die Tiefe sollte etwa die gleiche Größe wie der Collagenschablone/Zellen-Verbund haben. Die chirurgisch vorbereitete Stelle sollte durch die subchondrale Platte hindurchgehen (d. h., ein blutendes Bett).
8. Einsetzen eines Ankers mit zwei daran befestigten resorbierbaren Nahtfäden in das Zentrum der chirurgisch vorbereiteten Stelle (2). Es stehen vier Fäden zur Verfügung, einer in jedem Viertelkreis.
9. Anordnen des Collagenschablone/Zellen-Verbunds auf dem Boden der chirurgisch vorbereiteten Stelle, wobei die dichte Collagenmembrankomponente in Kontakt mit dem Boden steht, und Einfädeln der Nahtfäden in die Membran (3).
10. Anordnen einer Schutzplatte aus entweder klarem Collagen oder einem Stück tibialem Periost über der Matrixkomponente der Schablone. Das Stück aus klarem Collagen ist ein luftgetrockneter Film mit einer Dicke von 50 bis 200 Mikrometer. Der Film wird durch Trocknen einer einprozentigen Collagendispersion in einer haftungsfreien Schale hergestellt. Wenn man Periost verwendet, wird es über dem Implantat wie folgt ausgerichtet: Die Kambiumschicht wird zum Implantat hin orientiert (nach unten in den Defekt hinein), und die faserige Schicht wird zur artikulären Oberfläche hin ausgerichtet (nach oben in den Raum der Verbindung hinein). Durchziehen des Nahtfadens durch die Matrix und die Collagenplatte oder das Periost, Binden der Nahtfäden über der Oberseite der Schutzplatte (4).

Die folgenden Veröffentlichungen enthalten einige der Versuche, die beim Überprüfen von Teilen der Erfindung durchgeführt wurden, ohne die mehrstufige Vorrichtung zu beschreiben.

1. Grande, Vachon; Repair of induced osteochondral defects with a composite chondrocyte/collagen allograft in dogs. Transactions of the Combined Meeting of the Orthopaedic Research Societies of USA, JAPAN, and CANADA, Oct. 21–23, 1991, Banff, Alberta.
2. Pachence, Frenkel, Lin: Development of a tissue analog for cartilage repair. In: Tissue Inducing Biomaterials (Cima, Ron, Herausgeber) Materials Research Society Press, Pittsburgh, 1991:
3. Ahmad, Frenkel, Casar und Alexander; A mechanical testing technique for articular cartilage; a study of intrinsic repair, In: Advances in Bioengineering (Bidez, Herausgeber) ASME, New York, S: 245–251, 1991.
4. Frenkel, Pachence, Alexander, Optimization of a cell-seeded collagen implant for cartilage repair. Transactions of the Orthopaedic Research Society 18: 730, 1993.
5. Toolan, Frenkel, Pachence, Yalowitz, Ahmad, Casar; In vitro characterization of a collagen chondrocyte composite matrix for cartilage repair, Transactions of the Society for Biomaterials 17: 313, 1994:
6. Toolan, Frenkel, Pachence, Yalowitz und Alexander: An analysis of a chondrocytecollagen implant for cartilage repair. Journal of Bone and Joint Surgery, Zusammenfassung im Druck.
7. Frenkel, Pachence, Toolan, Menche, Pitman, Crawford, Steger, Evaluation of a novel two-layered collagen implant for articular cartilage repair in a rabbit model. Journal of Bone and Joint Surgery, Zusammenfassung im Druck (zur Vorlage beim Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, Orlando, 1995).
Andere herangezogene Artikel:
8. Amiel, Coutts, Harwood, Ishizue, und Weinen The Chondrogenesis of Rib Periochondrial Grafts for Repair of Full Thickness Articular Cartilage Defects in a Rabbit Model, Connective Tissue Research 18: 27–39(1988).
9. Athanasiou, Schmitz, Schenck, Clem, Aufdermorfe, Boyan: The Use of Biodegradable Implants for Repairing Large Articular Cartilage Defects in the Rabbit. Transactions of the 38th Annual Meeting of the ORS, s. 172, (1992).
10. Bentley, Smith und Mukerjhee, Isolated Epiphyseal Chondrocyte Allografts into Joint Jurfaces; An Experimental Study in Rabbits. Ann. Rheum. Dis. 37; 449–458 (1978).
11. Billings, von Schroeder, Mai, Aratow, Amiel, Woo, und Coutts; Cartilage resurfacing of the rabbit knee. Acta Orthop. Scand. 61(3); 201–206 (1990).
12. Convery, Akeson, Keown; The Repair of Large Osteochondral Defects, Clinical Orthopedics and Related Research 82: 253–262 (1972).
13. Coutts, Yoshioka, Amiel, Hacker, Harwood, and Monosov; Cartilage repair using a porous polyiactic acid matrix with allogeneic perichondrial cells. Transactions of the 40th Annual Meeting of the ORS, 1994.
14. Dahlberg and Kreicbergs; Demineralized Allogeneic Bone Matrix for Cartilage Repair, J. Orthop. Research 9: 11–19 (1991).
15. DePalma, Tsa-Hos, und Maaler; Viability of Osteochondral Grafts as Determined by Uptake of S³⁵, J. Bone Joint Surg. 45A: 1565–1578 (1963).
16. Freed, Marquis, Nohria, Emmanual, Mikos und Langer; Neocartilageformation in vitro and in vivo using cells cultured on synthetic biodegradable polymers. Journal of Biomedical Materials Research 27: 11–23 (1993).
17. Grande, Pitman, Peterson, Menche and Klein: The repair of experimentally produced defects in rabbit articular cartilage by autologous chondrocyte transplantation. Journal of Orthopedic Research 7: 208–218 (1989).
18. Hogervorst, Meijer und Klopper: The effect of a TCP-collagen implant on the healing of articular cartilage defects in the rabbit knee joint. Journal of Applied Biomaterials 3: 251– 258 (1992).
19. Hoikka, Jaroma and Ritsila, Reconstruction of the Patellar Articulation with Periosteal Grafts, Acta Orthop. Acad: 61: 36–39 (1990).
20. Homminga, Bulstra, Bouwmeester und Van Der Linden; Perichondral Grafting for Cartilage Lesions of the Knee. The Journal of Bone and Joint Surgery 72: 1003–1007 (1990).
21. Hunziker und Rosenberg; Induction of repair in partial thickness articular cartilage lesions by timed release of TGFb. Transactions of the 40th Annual Meeting of the ORS, 1994.
22. Itay, Abramovici und Nevo; Use of cultured embryonal chick epiphyseal chondrocytes as grafts for defects in chick articular cartilage. Clinical Orthopaedics and Related Research 220: 294–303 (July 1987).
23. Kimura, Yasui, Ohsawa und Ono; Chondrocytes Embedded in Collagen Gels Maintain Cartilage Phenotype During Long-Term Cultures. Clinical Orthopaedics 186: 231–239 (1984).
24. Messner: Hydroxylapatite supported dacron plugs for repair of isolated full-thickness defects of the rabbit femoral condyle. Transactions of the 40th Annual Meeting of the ORS, 1994.
25. Moran, Kim, Slater; Biological Resurfacing of Full-Thickenss Defects in Patellar Articular Cartilage of the Rabbit. Journal of Bone and Joint Surgery 74: 659–667 (1992).
26. Nixon, Sams, Minor; Long-term Survival and Neocartilage Maturation Following Extensive Articular Resurfacing With Chondrocyte Laden Collagen Scaffolds; Transactions of the 40th Annual Meeting of the ORS, 1994.
27. Nixon, Sams, Lust, Grande and Mohammed; Temporal Matrix Synthesis and Histological Features of a Chondrocyte-Laden Porous Collagen Cartilage Analogue, American Journal of Veterinary Research 54: 349–356 (1993).
28. Nixon, Lust and Vernier-Singer, Isolation, Propagation, and Cryopreservation of Equine Articular Chondrocytes. American Journal of Veterinary Research 53: 2364–2370 (1992).
29. Rich, Johnson, Zhou und Grande: The use of periosteal cell/polymer tissue constructs for the repair of articular cartilage defects. Transactions of the 40th Annual Meeting of the ORS, 1994.
30. Robinson, Efrat, Mendes, Halperin, Nevo; Implants composed of carbon fiber mesh and bone-marrow derived chondrocyte-enriched cultures for joint surface reconstruction. Bulletin of the Hospital for Joint Diseases 53(1)1–8 (Spring 1993).
31. von Schroder, Kwan, Amiel and Coutts: The, Use of Polylactic Acid Matrix and Periosteal Grafts for the Reconstruction of Rabbit Knee Articular Defects. Journal of Biomedical Materials Research 25: 329–339 (1991).
32. Sokoloff: In Vitro Culture of Skeletal Tissues, Chapt, 1, in The Joints and Synovial Fluid (Vol. II), herausgegeben von L. Sokoloff (Academic Press, NY, 1978), S. 1–27.
33. Vachon, McIlwraith, Powers, McFadden and D. Amiel: Morphologic and Biochemical Study of Sternal Cartilage Autografts for Resurfacing Induced Osteochondral Defects in Horses. American Journal of Veterinary Research 53: 1039–1047 (1992).
34. Wakitani, Kimura, Hirooka, Ochi, Yoneda, Yasui, Owaki, Ono; Repair of rabbit articular surfaces with allograft chondrocytes embedded in collagen gel. British Journal of Bone and Joint Surgery 71–13; 74–80 (1989).
35. Wakitani, Ono, Goldberg und Caplan; Repair of large cartilage defects in weightbearing and partial weight-bearing articular surfaces with allograft articular chondrocytes embedded in collagen gels. Transactions of the 40th Annual Meeting of the ORS, 1994.
36. Weadock, Olson, Silver: Evaluation of Collagen Crosslinking Techniques, Biomat, Med.Dev.Art. Org. 11: 293–318(1983).

VERWANDTE DRUCKSCHRIFTEN

U.S.-Pat. No. 4,458,678	Cell Seeding Procedures Involving Fibrous Lattices (Yannas and Burke)
U.S.-Pat. No. 4,505,266	Cell Seeding Procedures Involving Fibrous Lattices (Yannas and Burke)
U.S.-Pat. No. 4,846,835	Technique for healing lesions in cartilage (Grande)
U.S.-Pat. No. 5,108,438 (Stone)	Prosthetic intervertebral disc acting as a regrowth scaffold
U.S.-Pat. No. 5,041,138	Formation of cartilage structures by attaching chondrocyte cells to biocompatible matrix in nutrient environment (Vacanti et al.)
U.S.-Pat. No. 5,053,050	Compositions for Repair of Cartilage and Bone (Itay)
U.S.-Pat. No. 5,133,755	Method and Apparatus for Biodegradable Osteogenic Bone Graft Substitute Device (Brekke)
U.S.-Pat. No. 5,206,023	Method and Compositions for the Treatment and Repair of Defects or Lesions in Cartilage (Hunziker)
U.S.-Pat. No. 5,206,028	Dense Collagen Membrane Matrices for Medical Use (Shu-Tung Li)
U.S.-Pat. No. 4,837,379	Tissue equivalent comprising fibrin containing hydrated collagen lattice contracted with e. g., fibroblasts, opt. in

	multilayer form, useful as organ or tissue replacements (Weinberg)
WO 8907425	Medical use of amniotic cells or tissue for tissue regeneration, implant treatment, production of useful substances, detoxification of body fluids and skin or scalp treatment (Butler et al.)
EP 277678	Grafit for reconstructive surgery comprises pref. biodegradable prods. organic polymer matrix with bimodal pore size distribution (Nijenhuis et al.)
WO 8803785	Artificial matrix for controlled cell growth used for chimeric neomor-phogenesis of organs by controlled cellular implantation (Vacanti & Langer)
WO 8301384	Tissue generation at wounds by placing fibrous lattice in contact with wound and seeding lattice with cells (Yannas & Burke)

Claims

Schablone (12) zur Reparatur von Knorpeldefekten, die zur Regenerierung eines hyalinartigen Knorpels führt, mit a) einer ersten Schicht mit einer porösen Collagenmatrix (13), die eine Porengröße von 50 bis 200 Mikrometer aufweist, welche das Einwachsen von Zellen erlaubt, gekennzeichnet durch b) eine weitere, unter der ersten Schicht befestigten zweiten Schicht mit einer dichten Collagenmembran (14), die eine Porengröße von weniger als 1 Mikrometer aufweist und durch ein nichtzyto-toxisches Mittel vernetzt ist, um die Festigkeit zu erhöhen und die Resorptionszeit zu verlängern, damit eine Sperre gegen eine Bewegung von Zellen aus der subchondralen Platte (9) geschaffen wird, wobei die Membran (14) ausreichend durchlässig ist, um den Durchtritt von Fluiden, Nährstoffen, Zytokinen und anderen für das Heilen nötigen endogenen Faktoren zu erlauben.
Schablone (12) nach Anspruch 1, worin die dichte Collagenmembranschicht (14) eine Dicke im Bereich von 50 bis 200 Mikrometer aufweist.
Schablone (12) nach Anspruch 1 oder 2, worin die poröse Collagenmatrixschicht (13) eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 8 Millimeter aufweist.
Schablone (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die dichte Collagenmembranschicht (14) mittels einer resorbierbaren Naht an der Collagenmatrixschicht (13) befestigt ist.
Schablone (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die dichte Collagenmembran (14) in die Collagenmatrix (13) eingefügt ist.
Schablone (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin Chondrozytzellen (6) in der porösen Collagenmatrix (13) immobilisiert sind.
Schablone (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner an der Oberseite der Collagenmatrixschicht (13) ein autologes Periost (15) aufweist.
Schablone (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner an der Oberseite der Collagenmatrixschicht (13) einen Collagenfilm aufweist.