FI117963B

FI117963B - Luuta korvaavat materiaalit

Info

Publication number: FI117963B
Application number: FI20010873A
Authority: FI
Inventors: Eija Marjut Pirhonen
Original assignee: Eija Marjut Pirhonen
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2007-05-15
Also published as: FI20010873A; FI20010873A0; US7241486B2; US20020160175A1

Description

1 117963

Luuta korvaavat materiaalit

Keksinnön ala

Esillä oleva keksintö koskee luuta korvaavia materiaaleja, jotka on valmistettu bioaktiivisista lasikuiduista sintraamalla ne huokoisen kolmiulottei-5 sen kappaleen muodostamiseksi luussa olevan vaurion tai tyhjän kolon täyttämiseksi. Yksityiskohtaisemmin esillä oleva keksintö koskee kappaletta, joka on valmistettu sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja yhteen huokoisen kolmiulotteisen kappaleen muodostamiseksi. Valmistettu kappale on ideaalinen tukirakenne uuden kudoksen (esim. luun tai ruston) muodostumisen ilmenemiselle, joka 10 johtuu bioaktiivisilla lasikuiduilla olevista osteokonduktiivisista ominaisuuksista.

Keksinnön tausta

Kirurgisissa ja ortopedisissä hoidoissa vaaditaan usein korvaustoi-menpiteitä esim. luun murtumisesta tai luukasvaimen kirurgisesta poistosta johtuvien luussa olevien vaurioiden tai tyhjien kolojen täyttämiseksi. Myös 15 hammaskirurgiassa vaaditaan usein vastaavia hampaistoon liittyviä toimenpiteitä hammaskuopan märkimisestä johtuvien ylä- tai alaleuan vaurioituneiden tyhjien kolojen täyttämiseksi. Yleinen käytäntö on ollut haalia luuta luovuttaja-asemasta, esimerkiksi potilaan suoliluun harjusta luussa olevan vaurion tai tyhjän kolon täyttämiseksi ja siten edistää luukudoksen uudistumista. Sellaisen 20 toimenpiteen suorittamiseksi on kuitenkin hankittava normaalia, vahingoittuma- • · J.t* tonta luukudosta pilaantumattomasta alueesta. Tämä toimenpide aiheuttaa *. !' ylimääräistä kipua potilaalle ja on lisäksi erittäin vaivalloinen menettely. Lisäksi • * · kun potilaan luussa olevan vaurion tai aukon tilavuus on suuri, potilaan omasta • · '···] kehosta saatavissa olevan luun määrä ei aina ole riittävä täysin täyttämään "*" 25 vauriota tai aukkoa. Tällaisissa tapauksissa on väistämätöntä käyttää korviket- * · · ta potilaan omalle luukudokselle. Vaikka samanlaatuista luukudosta on käytetty korvikkeena, jää jäljelle edelleen ongelma, että elävä kudos hylkii implantoitua korviketta johtuen vieraan kappaleen hylkimisreaktiosta. Näistä syistä toimen-piteen jälkeinen vaurion toipuminen ei ole aina tyydyttävää. Niinpä tällaista ·** .* . 30 toimenpidettä ei ole vielä tunnustettu käytännössä täysin tyydyttävänä.

• · · *;./ Tämän vuoksi on olemassa tarve keinotekoiselle materiaalille, jolla • » on erinomainen yhteensopivuus elävien kudosten kanssa, kun täytetään luus-sa oleva vaurio tai tyhjä kolo, luun muodostumisen helpottamiseksi vauriossa ·:··: ja sen läheisyydessä ja kerran vahingoittuneen luukudoksen rakenteen ja toi- 35 minnan korjauksen ja toipumisen edistämiseksi.

117963 2 Tähän asti on käytetty monia metalliseoksia ja orgaanisia materiaaleja kovakudosten korvikkeena elävässä kehossa. On kuitenkin tunnustettu, että näillä materiaaleilla on tapana liueta tai muuten rapistua elävän kudoksen ympäristössä ja että nämä materiaalit ovat myrkyllisiä elävälle keholle ja aihe-5 uitavat niin kutsutun vierasesinereaktion. Keraamisia materiaaleja on käytetty tähän päivään asti johtuen niiden erinomaisesta yhteensopivuudesta elävän kehon kanssa ja johtuen siitä tosiasiasta, että niillä ei ole edellä mainittuja vaikeuksia. Keinotekoisia luita ja hampaita on kehitetty keraamisista materiaaleista, erityisesti alumiinioksidista, hiilestä tai trikalsiumfosfaatista tai sintratusta 10 massasta tai hydroksiapatiitin yksittäisestä kiteestä, jolla on ylivoimainen yhteensopivuus elävän kehon kanssa. Nämä sovellusmuodot ovat vetäneet puoleensa paljon yleistä huomiota.

Tavanomaisilla keraamisilla materiaaleilla on kuitenkin yhteinen haittapuoli siinä, että ne ovat luonnostaan liian kovia ja hauraita. Siksi nämä 15 tunnetut keraamiset materiaalit eivät ole täysin tyydyttäviä tarkoituksenmukaisessa käytössä. Vauriota luussa on myös yritetty täyttää sintratulla keraamisella kappaleella tai yksittäiskidemuodossa olevalla keraamisella kappaleella. Koska epätasaisia aukkoja tai välejä kuitenkin muodostuu kappaleen ja luuku-doksen väliin, ei tavoitetta luussa olevan aukon kokonaan täyttämiseksi voida 20 saavuttaa. Toisaalta kun käytetään alumiinioksidia täyteaineena, se toimii stimulanttina, joka aiheuttaa absorption luuhun implantoidun täyteaineen lähei-·*·*: syydessä johtuen siitä tosiasiasta, että alumiinioksidi on paljon kovempaa kuin ·*·.. luukudos. Niinpä keraamisten materiaalien käyttö ei ole vielä käytännön sovel- lutusten vaiheessa. Lisäksi ei ole selvitetty, mitkä ovat ne keraamisen materi- .··’·. 25 aalin ominaisuudet, jotka sillä tulisi olla tukahduttaakseen vieraan kappaleen • · hylkimisreaktio ja parantaakseen yhteensopivuutta elävän kehon kanssa sekä ... edistääkseen uuden luun muodostumista.

• « ’···* Heimo Ylänen (väitöskirja, Turku, Suomi 2000) on tutkinut luun kas vua huokoisten kappaleiden sisään, jotka on tehty sintraamalla bioaktiivisia ♦ · : **· 30 mikropalloja. Hän on todennut, että jäykät huokoiset bioaktiiviset lasi-implantit • · · tarjoavat ympäristön, joka edistää läpi koko implantin uuden luun laajennettua * .·. : yhteenliittymistä sintrattujen bioaktiivisten mikropallojen välissä olevaan tilaan.

.···! Tuloksena implantti sitoutuu nopeasti ja tiukasti isäntäluuhun. Tutkimuksissa • · "* on myös havaittu, että reaktioiden in vitro -nopeus huokoisen lasi-implantin si- * 35 säilä on suurempi kuin ei-huokoisten lasitankojen, jotka on tehty samasta bio-"**· aktiivisesta lasista. Bioaktiivisista lasipalloista sintrattu kappale on hauras ja 3 117965 hajoaa helposti, jos siihen suunnataan kuormitus. Toinen puute lasipalloista sintrattujen kappaleiden yhteydessä on, että huokoisuus on suhteellisen alhainen ja tämä vaikuttaa luunmuodostusominaisuuksiin tässä laitteessa.

Julkaisussa WO 00/355 09 esitetään huokoinen tekstiilituote, joka 5 on tehty bioaktiivisesta lasista ja heikosti bioaktiivisesta lasista. Julkaisussa on ehdotettu useita tapoja valmistaa tekstiilituote, mutta siinä ei ole ehdotettu bioaktiivisten lasien sintraamista yhteen.

Suomalaisessa patentissa 103 715 esitetään komposiitti, joka on tehty bioaktiivisesta materiaalista A ja ei-bioaktiivisesta materiaalista B tai hei-10 kosti bioaktiivisesta materiaalista B, ja materiaalit on sintrattu yhteen huokoiseksi koostumukseksi. Patentin mukaan partikkelit A ja B ovat pyöreitä, edullisesti palloja. Suomalaisessa patentissa 103 715 ei ole ehdotettu lasikuitujen käyttöä koostumuksen valmistamiseksi.

Suomalaisessa patenttihakemuksessa 923 561 esitetään bioaktiivi-15 siä lasikoostumuksia ja implanttien valmistus mainittujen bioaktiivisten lasi-koostumusten säikeistä. Julkaisussa ei kuitenkaan ole opetusta säikeiden sint-raamisesta yhteen.

Julkaisussa WO 97/31 661 on kuvattu osteogeeninen laite, joka käsittää muotoiltavan huokoisen kantajakappaleen, joka valitaan ryhmästä hyd-20 roksiapatiitti, trikalsiumfosfaatti, bioaktiivinen lasi ja biokoralli. Julkaisussa ei ole opetusta bioaktiivisen lasikuidun käyttämisestä.

• · m • ·* US-patentissa 6 054 400 esitetään keksintö, joka koskee uusia bio- ·· * : *·* aktiivisia laseja, joilla on laaja työstöalue ja kontrolloitu kestävyys. Julkaisu • · esittää myös bioaktiivisten lasien käytön kudosten sitomistarkoituksiin lääketie- '.[[[: 25 teellisellä tai hammaslääketieteellisellä alalla, käytettäväksi bioteknologiassa, ♦:*·: aineiden kontrolloiduksi vapauttamiseksi ja kudoksen ohjauksessa. Täytemate- :***: riaali käsittää bioaktiivista lasia murskatussa muodossa tai pallomaisina rakei- • * · na. US-patentissa ei ole ehdotusta käyttää lasikuituja.

··. US-patentti 5 429 996 koskee luuta korvaavaa materiaalia, jota käy- • «« \,.t 30 tetään lääketieteessä, joka on lasivillaa, jolla on seuraava koostumus 40-62 % (p/p) Si02, 10-32 % (p/p) Na20, 10-32 % (p/p) CaO, 0-12 % (p/p) P205, :.*·· 0-12 % (p/p) CaF2, 0-21 % (p/p) B203. Lasivillan keskimääräinen halkaisija on 100 pm tai vähemmän. Tässä julkaisussa ei ole ehdotettu sintrattujen lasikuitu-. ]·. jen käyttöä.

35 US-patentissa 5 468 544 on esitetty komposiittimateriaaleja, jotka käyttävät luubioaktiivista lasia ja keraamisia kuituja. Yksityiskohtaisemmin pa- 117963 4 tentissä on kuvattu komposiittirakenteita, jotka yhdistävät bioaktiivista materiaalia polymeerimatriisissa yhdessä rakennuskuidun kanssa. Käytetty polymee-rimatriisi on ei-bioabsorboiva polymeerimatriisi, esimerkiksi polysulfoni, PEEK tai PEKK ja rakennuskuitu on hiilikuitu.

5 US-patentti 4 735 857 kuvaa kuitulasia luussa olevan vaurion tai on ton kolon täyttämiseksi. Kuitulasi käsittää pääaineksena kalsiumfosfaattia ja sillä on negatiivinen z-potentiaali. Kuitulasi on pitkien säikeiden muodossa tai katkokuitumuodossa ja pitkä säiemuoto voi olla kudottu muodostamaan kan-gastäyteaine, esimerkiksi kangas tai sideharso. US-patentissa ei ole ehdotusta 10 kuitujen sintraamisesta.

US-patentissa 5 914 356 on kuvattu kudottu täyteaine luussa olevan vaurion tai onton kolon täyttämiseksi. Kudottu täyteaine on valmistettu kutomalla kuitulasisäikeitä, joka kuitulasi koostuu oleellisesti kalsiumfosfaatista ja jolla myös on negatiivinen z-potentiaali, ja epäorgaanisesta oksidista. Epäor-15 gaaninen oksidi voi olla alumiinioksidi, piioksidi, natriumoksidi, rautaoksidi, magnesiumoksidi, kaoliini tai näiden seos. Tässä patentissa ei ole opetusta lasikuitujen sintraamisesta.

US-patentti 5 711 960 kuvaa implanttimateriaalin, joka käsittää perusmateriaalina bioyhteensopivaa bulkkirakennetta, joka on kolmiakselisesti tai 20 enemmän kolmiulotteisesti orgaanisista kuiduista kudottu kangas, kolmiakselisesti tai enemmän kolmiulotteisesti orgaanisista kuiduista neulottu kangas tai "·*: näiden yhdistelmä.

• · :\φ US-patentissa 4 904 257 esitetään menetelmä sidoksessa olevan tyhjän paikan täyttämiseksi, joka käsittää tyhjän paikan täyttämisen kuitupitoi- • · · 25 sella luulla, joka käsittää kuituja, jotka sisältävät vahingoittumatonta hydroksyy- • · liapatiittia, vesiliukoista sideainetta ja vettä.

[.,* M.A. De Diego et ai. (Tensile Properties of Bioactive Fibers for Tis- • · *···* sue Engineering Applications, Journal of Biomedical Materials Research, 2000,

Vol. 3, 199-203) ovat tutkineet kudostekniikan sovellutuksissa käytettävien : *·· 30 bioaktiivisten kuitujen veto-ominaisuuksia. Testattu materiaali oli 45S5 Bio- ·*· glass®, joka on nelikomponenttinen, sulajohdettu bioaktiivinen lasi. Tutkimuk- : sessa on raportoitu 45S5 Bioglassin® vetolujuus, murtovenymä ja Weibullin *..* kerroin.

* · * *

Tekniikan tasolla on myös tunnettua, että 3D-tukirakenteiden vai-35 mistamista biokeraameista ja biopolymeereistä luuston entisöimiseksi on tutkit-*:**: tu.

117963 5

Keksinnön lyhyt kuvaus

Yllättäen on havaittu, että sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja tekniikan tason ratkaisuihin liittyvät ongelmat voidaan ratkaista. Esillä olevan keksinnön tarkoitus on näin ollen saada aikaan huokoinen bioaktiivinen tukiraken-5 ne, joka on valmistettu bioaktiivisista lasikuiduista sintraamalla, luussa olevan vaurion tai tyhjän kolon täyttämiseksi, yllä olevien ongelmien ratkaisemiseksi. Huokoinen tukirakenne voidaan valmistaa myös sintraamalla muita biokeraa- ; misia kuituja, esimerkiksi HA-kuituja (hydroksiapatiitti). Keksinnön tavoitteet saavutetaan järjestelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäi-10 sissä vaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot on esitetty epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Keksintö perustuu siihen, että valmistetaan huokoinen tukirakenne sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja, jolloin kuitujen halkaisija on 0,075-0,175 mm ja tukirakenteen huokoisuus on 50-90 tilavuus-%. Bioaktiivisella lasilla on erin-15 omainen yhteensopivuus elävän kehon kanssa ilman, että se aiheuttaa vieraan kappaleen hylkimisreaktiota, ja joka edistää uuden luun aikaista muodostumista ja joka yhdistyy kokonaan elävän kehon kasvavan kovakudoksen kanssa.

Esillä olevan keksinnön toinen tarkoitus on saada aikaan tukirakenne, joka edistää luunmuodostumisreaktiota alueella, joka on täytetty sintratulla 20 bioaktiivisella lasikuitukappaleella toteuttamaan rakenteen aikaista korjausta ja .. . toipumista ja kerran vaurioituneen luukudoksen toimintaa.

• « · |. ·* Esillä olevan keksinnön tarkoitus on lisäksi saada aikaan bioaktiivi- • m • " nen lasikuitutukirakenne luussa olevan vaurion tai tyhjän kolon täyttämiseksi ja \v ylläpitää tila, vaikka tukirakenteeseen suunnataan kuormitus.

··· 25 Esillä olevan keksinnön tarkoitus on lisäksi saada aikaan menetel- *:·*: mä esillä olevan keksinnön mukaisen huokoisen tukirakenteen valmistamiseksi :***: sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja.

···

Yllä olevat ja muut keksinnön tarkoitukset tulevat ilmi seuraavasta e keksinnön yksityiskohtaisesta kuvauksesta.

!···. 30 Eräs keksinnön etu on, että sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja la- • · T simikropallojen sijasta saavutetaan tukirakenteen parempi lujuus. Lisäksi saa- daan suurempi huokoisuusprosentti, kun sintrataan lasikuituja verrattuna pal- • * · :.„i loihin. Luun paraneminen on nopeampaa, koska luun pitoisuus tukirakentees- . !·. sa on suurempi verrattuna tukirakenteisiin, jotka on valmistettu lasipalloista.

• · · 35 Esillä olevan keksinnön etu on lisäksi, että jos käytetään liukenevaa lasia, tukirakenteen lopulliseen liukenemiseen kudoksessa vaikuttaa kuitujen halkaisija.

117963 6

Mitä pienempi kuitujen halkaisija on, sitä nopeammin tukirakenne liukenee kudokseen. Esillä olevan keksinnön etu on lisäksi, että tukirakenteessa on suurempi määrä reagoivaa pintaa, kun tukirakenne on valmistettu sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja verrattuna tukirakenteeseen, joka on valmistettu sint-5 raamalla lasipalloja. Käyttämällä tukirakennetta, joka on valmistettu sintraamalla lasikuituja, on mahdollista sovittaa tukirakenteen viipymisaika kudoksessa sopivalle tasolle.

Haavan paranemisessa haavan stabiilisuus on kriittinen tekijä. Haavan stabiilisuus näyttää olevan kriittinen esimerkiksi hampaan kiinnityskudok-10 sen paranemisen lopputulokselle. Jos haavan reunoilla vaikuttavia vetovoimia voidaan kontrolloida haavaa stabiloivilla toimenpiteillä, kuten korvaus- ja im-planttimateriaaleilla, erityisellä ienläppäadaptaatiolla ja haavan ommelteknii-koilla, tai sulkumembraaneilla; juuren pinnan ja ikenen ienläppäliityntäkohta voi parantua sidekudosta korjaamalla. Esillä olevan keksinnön etu on lisäksi, 15 että kun käytetään tukirakenteita, jotka on valmistettu sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja, näyttää siltä, että haavan reunoissa on vähemmän vetovoimia ja saavutetaan suurempi haavan stabiilisuus. Tämä johtaa nopeampaan haavan paranemiseen.

Kuvioiden lyhyt kuvaus 20 Seuraavaksi keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin edullisten «e · :V suoritusmuotojen avulla viittaamalla liitteenä oleviin kuvioihin, joissa

Kuvio 1 esittää huokoista bioaktiivista tukirakennetta, joka on kiinni-tetty polymeeriselle kalvolle, ja sen soveltamista käytettäessä leukaluun rekon- * · .***. struktiossa.

• · * · * 25 Kuvio 2 esittää huokoisen bioaktiivisen tukirakenteen käytön kiinni- .···, tettynä polymeeriselle kalvolle täytettäessä luussa olevaa vauriota.

• ·

Kuvio 3 esittää sintrattujen bioaktiivisten kuitujen mattoa, joka on „ kiinnitetty membraanille.

• ·

Kuvio 4 havainnollistaa bioaktiivisten kuitujen sintrausta muotissa.

• * Λ « • · · / . 30 Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus • · · .···] Bioaktiivinen materiaali on materiaali, joka on suunniteltu aikaan- • · T saamaan erityistä biologista aktiivisuutta.

e

Bioaktiivinen lasi tarkoittaa tässä yhteydessä mitä tahansa lasia tai "**: lasikeraamia, joka osoittaa bioaktiivisuuden ominaispiirteitä. Bioaktiivinen lasi 35 on amorfinen kiinteä aine, joka ei ole itsessään tarttuva ja joka on kykenevä 117963 7 muodostamaan yhtenäisen sidoksen sekä kovakudoksen että pehmytkudoksen kanssa, kun se altistetaan sopiville in vivo ja in vitro -ympäristöille, kuten simuloidulle ruumiin nesteelle tai tris-hydroksimetyyliaminometaanipuskurille, muodostamalla pintakerros hydroksikarbonaattiapatiitista vapauttamalla ioni-5 laatuja bulkkimateriaalista.

Biokeraami on mikä tahansa keraami, lasi tai lasikeraami, jota käytetään biomateriaalina ja keraamina, joka implantoituessaan muuttuu vähemmän liukoisiksi mineraaleiksi. Bioaktiivinen lasi on esimerkki biokeraamisesta materiaalista.

10 Osteokonduktio on prosessi, jossa annetaan passiivisesti luun kas vaa ja uudelleen muotoutua pinnan yli. Osteokonduktiossa implantti tarjoaa bioyhteensopivan yhtymäpinnan, jota pitkin luu vaeltaa.

Huokoisuus tarkoittaa tässä yhteydessä ilman tilavuusprosenttia kolmiulotteisessa tukirakenteessa.

15 Tukirakenne on huokoinen rakenteellinen laite, joka sallii elävien kudosten kasvaa sen sisään. Tukirakenne muodostaa perustan, joka ohjaa kudoksen kasvua.

Esillä olevassa keksinnössä bioaktiivisia lasikuituja muodostetaan ensin esimerkiksi käyttämällä sulakehruutekniikkaa. Kuidut pilkotaan sitten ha- 20 lutun pituisiksi. Kasautuma kuituja kuumennetaan sitten uunissa siten että kuidut sintrautuvat yhteen ja muodostuu huokoinen kolmiulotteinen kappale. Kap- .* V paleen ominaisuudet, eli huokoisuus, huokoskoko ja puristuslujuus voidaan * * : '*· säätää halutulle tasolle säätämällä kuidunhalkaisijaa, sintrausaikaa ja sintraus- • · v.·* lämpötilaa. Huokoinen kolmiulotteinen kappale voidaan myös valmistaa sint- :]*]: 25 raamalla biokeraamisia kuituja.

·:··: Esillä olevan keksinnön eräässä suoritusmuodossa bioaktiivisten la- .***. sikuitujen sintraus suoritetaan kuormituksen alaisena. Tämä tarkoittaa sitä, että paino suunnataan kuituihin sintrauksen aikana. Kuormituksen alaisena sint- ... raaminen johtaa tukirakenteen homogeenisempaan rakenteeseen.

• · · *... 30 Sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja voidaan muodostaa huokoinen, *:** osteokonduktiivinen tukirakenne. Optimoimalla prosessointiparametreja voi- :**·! daan säätää huokoisuuden tasoa. Jopa 90 tilavuus-% huokoisuus voidaan saavuttaa, kun lasikuituja sintrataan yhteen, kuten on kuvattu tässä keksinnös- . sä. Tukirakenteen puristuslujuus voidaan optimoida olemaan 5-25 MPa, edul- • · *". 35 lisesti yli 20 MPa, jonka on osoitettu olevan vaatimus tukirakenteen kuorman- kantotarkoituksiin. Optimointi suoritetaan kasvattamalla kuidun halkaisijaa,

117963 J

: 8 sintrauslämpötilaa ja sintrausaikaa. Bioaktiivisista lasikuiduista sintrattu kappale on huomattavan pehmeä, ja muuttamalla prosessointiparametreja voidaan muodostaa erilaisia tuotteita erilaisilla ominaisuuksilla.

Esillä olevan keksinnön edullisessa suoritusmuodossa bioaktiivisia 5 lasikuituja sintraamalla valmistettu tukirakenne voidaan kiinnittää bioyhteenso-pivalle polymeerikalvolle siten, että huokoisella tukirakenteella on sulkuominai-suus sen sivulla. Tätä laitetta voidaan käyttää esimerkiksi uudistettaessa luuta ohjatusti, jossa vaaditaan sulkuvaikutusta, jotta estetään pehmytkudoksen sisään kasvua alueella, jossa vaaditaan uuden luun muodostumista. Toinen lait- 10 teen sovellus on rustokudoksen uudistumisessa. Bioaktiivisista lasikuiduista sintrattu huokoinen tukirakenne kykenee muodostamaan perustan, johon rustokudos voi kasvaa, ja sulkusivu erottaa uuden muodostuvan rustokudoksen ja nivelen sisällä yhteydessä olevat nesteet.

Bioyhteensopiva kalvo valmistetaan esimerkiksi polyglykolidista, po- 15 lylaktidista, poly-p-hydroksivoihaposta, polydioksanonista, polyvinyylialkoholis-ta, polyesteramiinista, niiden kopolymeereistä tai niiden polymeeriseoksista.

Esillä olevan keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa bioaktiiviset lasikuidut sintrataan yhteen puristuskuormituksen alaisena. Käytetty puristuskuormitus on noin 10 kPa.

20 Esillä olevan keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa bio aktiivisia aineita voidaan käyttää yhdessä sintratun huokoisen tukirakenteen »« « : kanssa edistämään uuden kudoksen, esim. luun muodostumista. Tällaisessa • · • *·· tapauksessa huokoinen tukirakenne, joka on valmistettu bioaktiivisista lasi- : V: kuiduista, toimii kantajana bioaktiivisille aineille. Biologisesti aktiivinen aine va- 25 Iitaan ryhmästä, joka koostuu anti-inflammatorisista aineista, antibakteerisista *·· aineista, antiparasiittisista aineista, antifungaalisista aineista, antiviraalisista .···. aineista, antineoplastisista aineista, analgeettisista aineista, anesteeteista, ro- • · korteista, keskushermostosysteemiaineista, kasvutekijöistä, hormoneista, anti- .. histamiineista, osteoinduktiivisista aineista, kardiovaskulaarisista aineista, an- • · 30 tiulseratiivisista aineista, bronkodilataattoreista, vasodilataattoreista, syntyvyy- • · *·♦·* den säännöstelyaineista, hedelmällisyyttä parantavista aineista ja polypepti- deistä. Edullisesti bioaktiiviset aineet ovat luumorfogeenisia proteiineja (bone morphogenic proteins, BMP).

··· \ Tässä keksinnössä käytetyllä bioaktiivisella lasilla on seuraava • ♦ · 35 koostumus 53-60 p-% Si02, 0-34 p-% Na20, 1-20 p-% K20, 0-5 p-% MgO, 5-25 p-% CaO, 0-4 p-% B203, 0,5-6 p-% P205, sillä ehdolla, että Na20 + K20 117963 9 = 16-35 p-%; K20 + MgO = 5-20 p-% and MgO + CaO = 10-25 p-%. Edullisesti bioaktiivisella lasilla on seuraava koostumus 53 p-% Si02, 6 p-% Na20, 12 p-% K20, 5 p-% MgO, 20 p-% CaO, 0 p-% B2O3 ja 4 p-% P2O5. Edulliseen koostumukseen viitataan tässä yhteydessä nimellä lasi 13-93, jonka on val-5 mistanut Abmin Technologies.

Pilkottujen kuitujen pituus on 2-30 mm, edullisesti kuitujen pituus on noin 5-15 mm. Säätämällä kuitujen pituutta huokosten koko voidaan asettaa halutulle tasolle.

Kuitujen halkaisija on 0,075-0,175 mm. Muuttamalla kuitujen hal- 10 kaisljaa liukenemisnopeutta voidaan säätää. Kuiduille, joilla on pienempi halkaisija, voidaan käyttää alhaisempia sintrauslämpötiloja ja saadaan huokoi-sempi tukirakenne. Muuttamalla prosessointiparametreja tukirakenteen ominaisuudet voidaan asettaa halutulle tasolle ja esimerkiksi voidaan valmistaa s tukirakenne, joka on helposti muotoiltavissa esimerkiksi veitsellä.

15 Esillä olevan keksinnön sintrauslämpötilat bioaktiivisille lasikuiduille ovat 300-1500 °C, edullisesti 600-700 °C, edullisimmin 630-680 °C.

Sopivia bioyhteensopivia polymeerejä ovat esimerkiksi polyglykolidi, polylaktidi, poly-p-hydroksivoihappo, polydioksanoni, polyvinyylialkoholi, poly-esteramiini, niiden kopolymeerit ja niiden polymeeriseokset.

20 Polymeeripäällysteen paksuus on 1-200 pm, edullisesti 5-30 pm.

Edullinen sintrausaika tässä keksinnössä sintrattaessa bioaktiivisia ·· · : lasikuituja on 1-120 minuuttia, edullisesti 5-30 minuuttia.

• · • *·· Muuttamalla sintrausparametreja, eli sintrauslämpötilaa, sintrausai- ; : V: kaa, kuitujen pituutta, kuitujen halkaisijaa, muodostetun tukirakenteen ominai- 25 suudet voidaan asettaa halutulle tasolle. Esimerkiksi tukirakenteen puristuslu- ··· juutta voidaan kasvattaa, kun käytetään paksumpia kuituja ja korkeampia sint- .*··. rauslämpötiloja. Ja tukirakenteen muotoiltavuutta voidaan parantaa kun käyte tään ohuempia kuituja, ja sintrauslämpötila on lasin pehmenemisalueen alem-massa päässä.

:.,7 30 Sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja muodostetaan tukirakenne, jon- • · *··♦’ ka huokoisuus on 50-90 tilavuus-%.

Valmistetun tukirakenteen kuormituksenkestokapasiteettia kuvataan puristuslujuudella. Kun sintrataan bioaktiivisia lasikuituja saadaan tukirakenne, ··· *. jolla on erinomaisia kuormituksenkesto-ominaisuuksia. Tämän keksinnön tuki- • · · 35 rakenteen puristuslujuus on 5-25 MPa, edullisesti yli 20 MPa.

* · 1 1 7963 10

Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön yhden edullisen suoritusmuodon, jossa sintrattu huokoinen bioaktiivinen lasikuitutukirakenne 1, on kiinnitetty polymeerikalvolle 2 esim. sintraamalla tai prosessoimalla lämmössä ja paineessa. Tätä kalvoa yhdessä huokoisen tukirakenteen kanssa voidaan 5 käyttää esim. membraanina ohjatussa luun uudistumistoimenpiteissä tai ohjatussa kudoksen uudistumistoimenpiteissä, jossa membraania käytetään sulkuna estämään pehmytkudoksen sisäänkasvu, parantamaan luukudoksen (tai hampaan kiinnityskudoksen) uudistumista. Kuvio 1 esittää myös, että kalvoa 2, johon on kiinnitetty tukirakenne 1, voidaan taivuttaa ja se voidaan muotoilla ha-10 lutun muotoiseksi. Kuvio 1 havainnollistaa esimerkin tukirakenteen 1 ja kalvon 2 käytöstä alveolaarisessa luussa 3 olevan vaurion rekonstruktiossa. Tukirakenne 1 ja kalvo 2 on kiinnitetty vaurioon pienillä nauloilla 4.

Kuvio 2 esittää esimerkin tukirakenteen 1 ja membraanin 2 käytöstä luussa 5 olevan vaurion täyttämisessä. Tukirakenne ja kalvo on kiinnitetty luu-15 hun pienillä nauloilla 4.

Kuvio 3 havainnollistaa esillä olevan hakemuksen toisen edullisen suoritusmuodon, jossa bioaktiivisista lasikuiduista sintrattu matto (7) on kiinnitetty membraaniin (6). Tätä laitetta voidaan käyttää ohjatussa kudoksen uudistumisessa tai ohjatussa luun uudistumisessa.

20 Esillä olevan keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa, ku ten on havainnollistettu kuviossa 4, bioaktiivisten lasikuitujen 8 sintraus suorite- * · · • V taan muotissa 9 ja saadaan halutun muotoinen kolmiulotteinen tukirakenne.

Kun saadaan kolmiulotteinen tukirakenne, tukirakennetta ei ole tarvetta työstää kuitujen sintraamisen jälkeen.

• · ;**·. 25 Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin- ··· nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus- .···. muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdel- • · la patenttivaatimusten puitteissa.

Esimerkit ·»· 30 Esimerkki 1

Bioaktiivisia lasikuituja valmistettiin lasista 13-93 (valmistajana Ab- * · .*·». min Technologies) sulakehräämällä. Kuitujen halkaisija oli 0,175 mm (+/- *·* 0,025 mm). Kuidut pilkottiin sitten 10 mm (+/- 2 mm) pituuteen käyttämällä 4 4 · *·!·* saksia.

I··· | * * 117963 11

Pilkottaessa kuituja lasikuidun palaset hajaantuivat ja muodostivat "avoimen" rykelmän. Pilkotut kuidut asetettiin teräslevylle ja levy lasikuitujen kanssa asetettiin uuniin. Uuni lämmitettiin hitaasti lämpötilaan 655 °C. Lämpötila 655 °C pidettiin 30 minuuttia ja sen jälkeen uuni jäähdytettiin.

5 Saadusta huokoisesta kappaleesta muotoiltiin sahalla kolme suora kulmaista kappaletta kappaleiden huokoisuuden ja puristuslujuuden mittaamiseksi.

Kunkin kappaleen ulkomitat ja paino mitattiin. Kappaleiden laskettu keskimääräinen huokoisuus oli 26 tilavuus-% lasia (+/- 5 %) ja 74 tilavuus-% 10 ilmaa.

Kappaleiden puristuslujuus mitattiin käyttämällä Instron materiaalien testauslaitetta. Saatiin keskimääräinen lujuus 24,4 MPa (keskihajonta 3,8 MPa).

Esimerkki 2 15 Bioaktiivisia lasikuituja valmistettiin lasista 13-93 (valmistajana Ah min Technologies) sulakehräämällä. Kuitujen halkaisija oli 0,075 mm (+/-0,025 mm).

Kuidut pilkottiin sitten 15 mm (+/- 2 mm) pituuteen käyttämällä saksia. Pilkotut kuidut asetettiin teräslevylle ja levy lasikuitujen kanssa asetettiin 20 uuniin. Uuni lämmitettiin hitaasti lämpötilaan 650 °C ja lämpötila pidettiin j**\* 30 minuuttia, jonka jälkeen uuni jäähdytettiin.

Saadusta huokoisesta kappaleesta muotoiltiin kirurgin veitsellä kol-me suorakulmaista kappaletta kappaleiden huokoisuuden mittaamiseksi.

.··. Kunkin kappaleen ulkomitat ja paino mitattiin. Kappaleiden laskettu 25 keskimääräinen huokoisuus oli 11 tilavuus-% lasia (+/- 7%) ja 89 tilavuus-% • · ... ilmaa.

* · • · * * ·

Esimerkki 3 *· • *·* Bioaktiivisista lasikuiduista muodostettiin huokoinen kappale kuten esimerkissä 1 on esitettyjä kappale työstettiin sylinterimäiseen muotoon, jonka : 30 halkaisija oli 15 mm ja korkeus 10 mm. Polymeerinen kalvo (valmistettu poly- • · * laktidista), jonka paksuus oli 0,5 mm, muodostettiin muottipuristuksella ruisku-*"** valetusta harkosta. Puristetusta kalvosta leikattiin pyöreä muoto, jonka hal- kaisija oli 30 mm.

:··: Pyöreä polymeerinen kalvo kiinnitettiin sitten huokoiseen kappalee- 35 seen, joka oli valmistettu bioaktiivisista lasikuiduista, käyttämällä muottipuris- 117963 12 tusta. Muottipuristuskoneen levyt lämmitettiin lämpötilaan 180 °C. Osat asetettiin kuumien levyjen väliin siten, että huokoinen kappale oli asetettu aivan polymeerisen kalvon keskelle. Kolmen minuutin jälkeen suunnattiin 1 barin paine ja jäähdytysyksikkö kytkettiin päälle.

5 Sen jälkeen kun levyt oli jäähdytetty 30 °C:seen, saatu laite poistet tiin puristimesta. Tällä tavoin saadussa laitteessa kappale oli tiukasti kiinnittynyt polymeerikalvoon.

·· · • · · • « • · • 1 • · • ·· • 1 * · · • · · • · • · • · • · · *··«1 • · * · · • · ··· • · • ·· • ·· • · • ♦ • · · • · ··· * · · • ♦ • · ·1·..· * · ♦ · ♦ • · · • · ·

Claims

117963

1. Luukudokseen implantoitava huokoinen tukirakenne (1) lääketieteellistä käyttöä varten, tunnettu siitä, että tukirakenne on muodostettu 5 sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja, kuitujen halkaisija on 0,075-0,175 mm ja tukirakenteen huokoisuus on 50-90 tilavuus-%.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen huokoinen tukirakenne (1), tunnettu siitä, että tukirakenne on muodostettu sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja ja sen jälkeen tukirakenne on päällystetty bioyhteensopivalla poly- 10 meerillä tai polymeereillä, niiden kopolymeereillä tai niiden polymeeriseoksilla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen huokoinen tukirakenne (1), tunnettu siitä, että bioyhteensopiva polymeeri/polymeerit valitaan ryhmästä, joka koostuu polyglykolidista, polylaktidista, poly-p-hydroksivoihaposta, po-lydioksanonista, polyvinyylialkoholista, polyesteramiinista, niiden kopolymee- 15 reistä ja niiden polymeeriseoksista.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen huokoinen tukirakenne (1), tunnettu siitä, että päällysteen paksuus on 1-200 pm, edullisesti 5-30 pm.

5. Minkä tahansa aikaisemman patenttivaatimuksen mukainen huokoinen tukirakenne (1), tunnettu siitä, että kuitujen pituus on 2-30 mm, 20 edullisesti 5-15 mm.

6. Minkä tahansa aikaisemman patenttivaatimuksen mukainen huo- koinen tukirakenne (1), tunnettu siitä, että huokoisen tukirakenteen puris- ··. tuslujuus on 5-25 MPa, edullisesti yli 20 MPa.

• ·· · \#.# 7. Minkä tahansa aikaisemman patenttivaatimuksen mukainen huo- • · · 25 koinen tukirakenne (1), t u n n e 11 u siitä, että tukirakenne on kiinnitetty bioyh- *·**) teensopivalle polymeerikalvolle.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen huokoinen tukirakenne (1), ··« ' #’ . , *♦.·* tunnettu siitä, että bioyhteensopiva polymeerikalvo (2) käsittää polymeeriä tai polymeerejä, jotka valitaan ryhmästä polyglykolidi, polylaktidi, poly-p-hyd- ·· • *·· 30 roksivoihappo, polydioksanoni, polyvinyylialkoholi, polyesteriamiini, niiden ko- polymeerit ja niiden polymeeriseokset. X

: 9. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen huokoisen tukiraken- I./ teen (1) valmistamiseksi, tunnettu siitä, että tukirakenne muodostetaan ’*:** sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja. φ

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, t u n n ett u siitä, "·: että bioaktiiviset lasikuidut sintrataan yhteen lämpötilassa 300-1500 °C, edulli sesti 600-700 °C, edullisimmin 630-680 °C. 117963

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u siitä, että tukirakenne valmistetaan sintraamalla bioaktiivisia lasikuituja, jonka jälkeen tukirakenne päällystetään bioyhteensopivalla polymeerillä tai polymeereillä, niiden kopolymeereillä tai niiden polymeeriseoksilla. 5

12, Minkä tahansa patenttivaatimuksen 9-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että bioaktiivisella lasikuidulla on koostumus 53-60 p-% Si02, 0-34 p-% Na20, 1-20 p-% K20, 0-5 p-% MgO, 5-25 p-% CaO, 0-4 p-% B203, 0,5-6 p-% P205, sillä ehdolla, että Na20 + K20 = 16-35 p-%; K20 + MgO = 5-20 p-% ja MgO + CaO = 10-25 p-%.

13. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 9-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että bioaktiivisella lasilla on koostumus 53 p-% Si02, 6 p-% Na20, 12 p-% K20, 5 p-% MgO, 20 p-% CaO, 0 p-% B203 ja 4 p-% P205.

14. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 9-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sintrausaika on 1-120 minuuttia, edullisesti 5-30 minuuttia.

15 15. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 9-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut sintrataan yhteen puristuskuorman alaisuudessa.

16. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 9-15 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u siitä, että kuidut (8) sintrataan yhteen muotissa (9).

17. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 9-16 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että kuidut sintrataan muodostamaan matto (7), joka kiinnitetään membraaniin (6).

:*·*: 18. Minkä tahansa aikaisemman patenttivaatimuksen 1-8 mukaisen • · huokoisen tukirakenteen (1) käyttö kantajana bioaktiivisille aineille.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen huokoisen tukirakenteen (1) • · · 25 käyttö, tunnettu siitä, että bioaktiivinen aine valitaan ryhmästä, joka koos- • · *’*. tuu anti-inflammatorisista aineista, antibakteerisista aineista, antiparasiittisista aineista, antifungaalisista aineista, antiviraalisista aineista, antineoplastisista · *···* aineista, analgeettisista aineista, anesteeteista, rokotteista, keskushermos- tosysteemiaineista, kasvutekijöistä, hormoneista, antihistamiineista, osteoin- *· • *·· 30 duktiivisista aineista, kardiovaskulaarisista aineista, antiulseratiivisista aineista, bronkodilataattoreista, vasodilataattoreista, syntyvyyden säännöstelyaineista, .·* ; hedelmällisyyttä parantavaista aineista ja polypeptideistä. • · ·

20. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen huokoisen tukiraken- • · ’·;** teen (1) käyttö, tunnettu siitä, että bioaktiivinen aine on luumorfogeeninen 35 proteiini. • * 117963