FI91595C - Elävään kudokseen implantoitava granuli-implantaatti - Google Patents

Description

91595

ELAVÅAN KUDOKSEEN IMPLANTOITAVA GRANULI-IMPLANTAATTI

Keksinnon kohteena on elåvåån kudokseen implantoitava granuli-implantaatti, jossa granulimateriaalin ainakin yksi aineosa on kudokseen, kuten luuhun, pehmytkudokseen tai biomassaan resorboituva Ca-P-lasin seos, ja johon granuli-5 materiaaliin on suurempaa lujuutta vaadittaessa lisattå-vissa ainakin yksi aineosa, joka on resorboitumatonta bio-eli Ca-P-lasin seosta.

Ensimmåiset kudoksiin istutettavat keinomateriaalikokeilut on tehty vasta 1800-luvun lopulla, vaikka aihe on aina 10 kiinnostanut tutkijoita. Ne eivåt kuitenkaan johtaneet tuloksiin. Vaihtelevaa m'enestysta on sen si jaan. 1950-luvulta alkaen tuottanut erilaisten titaani- ja tantaali-metallilevyjen asettaminen luun, esim. leuan, sisåan.

Mainituissa suun alueen implantaateissa kåytetyt laajat 15 subperiostaaliset rakenteet ja laajat luunsisåiset levyt ovat jååmåsså pois tulehduksien ja operaation vaikeuksien takia. Tilalle ovat tulleet yksittåiset ruuvit (Brånemark, Straumann, Bioceram; ref.1 Albrektoson et al.: Special Reprint. The long-term efficacy of currently used dental im-• 20 plants. A Review and Proposed Criteria of Success. Int. J.

Oral & Max. Fac. Implants 1. 1986) ja yksittaista hampaan juurta muistuttavat kooniset isokokoiset sylinterit (Fria-lit;ref.l). Nykyisille metodeille on yhteista se, etta rakenne istutetaan leukaluun sisåan. Tåten saadaan implan-25 taatin våliin mekaaninen kontakti. Implantaateista ulottuu limakalvon låpi uloke suuonteloon. Tama uloke toimii pro-teesin tukena. Limakalvon pintaepiteelin tulisi kiinnittyå ulokkeen pintaan, jotta bakteerien pååsy luuhun estyisi. Edellytyksenå on aina alueen hyvå puhtaanapito.

30 Kiinnittymisen esteenå mainituissa menetelmisså on usein ollut luun ja implantaatin vålinen tulehduskudos. Tåmå voi- 91595 2 daan poistaa 2-vaiheisella leikkauksella, jossa kiinnike kiinnitetåån ensimmåisesså vaiheessa ruuvaamalla se koko-naan luun sisålle (ad modum Brånemark, ref.l). Seuraavassa vaiheessa, 3 - 6 kksn kuluttua, tehdåån toinen leikkaus, 5 jossa asennetaan suuhun ulottuva jatke. Tulokset ovat olleet tyydyttåviå.

Menetelmå on synnyttånyt useita variaatioita (IK-implan-tant, IMZ-implantat, Core-vent-implantat). Kåytetyt materi-aalit ovat titaania tai CoCr-seosta, jossa on Ti-pinta 10 plasmaruiskutettuna (Ti02) . Paranemisaika on 3 - 6 kk, vaik-kakin valmistaja lupaa, ettå implantaattia voi rasittaa vålittomåsti leikkauksesta alkaen. Haittana on låhinnå menetelmån hankaluus ja monimutkaisuus.

Yksinkertaisempi on Straumann-metodi, jossa reikåisen 15 sylinterin kiintea jatke tulee suoraan suuhun ja implan-taatti asennetaan yhdesså leikkauksessa. Materiaalina on CoCr-seos, jossa on plasmaruiskutettu Ti02-pinta. Epåvar-mojen tulosten vuoksi sylinterit ovat jååmåsså pois kåy-tostå.

20 Nykyisin kåytetty kolmas tyyppi implantaatteja on Al203-ke-raamista tehty monikiteinen Frialit-implantaatti, joka asennetaan vålittomåsti hampaanpoiston jålkeen laajennet-• tuun poistokuoppaan. Muodoltaan tåmå implantaatti on por- taittain kårkeen kapeneva ja massiivinen. Keraamisen raken-25 teen haurauden vuoksi nåitå implantaatteja voidaan kåyttåå vain yksittåisen hampaan tukemiseen melko våhåisen purenta-rasituksen alaisessa suun kohdassa, kuten etuhampaissa.

Kåytetyt materiaalityypit voidaan ryhmitellå seuraavasti: 1. Inertit materiaalit, jotka eivåt reagoi kudoksen 30 kanssa, mutta joita hyvin låhelle luu kasvaas Al203- keraamit, Ta- ja Ti-metalli ja niiden seokset (TiV4A16), hiili eri muodoissaan, teflon.

li 3 91595 2. Bioaktiiviset materiaalit, jotka tarttuvat aktiivises-ti ja nopeasti luuhun kiinni eli ovat pintareaktiivisia ja indusoivat luun kasvua: Hydroksiapatiitti, Ca-P-lasi ja Ca-P-lasikeraamit, "biolaseja". Trikalsiiimfosfaatti eli TCP 5 (resorboituu eli liukenee kudokseen). Naiden materiaalinen koostumus ja valmistusmenetelmå vaikuttavat resorboitumi-seen, joka vaihtelee taysin resorboitumattomasta resorboi-tuvaan.

Nykytilanne bioaktiivisten materiaalien osalta on seuraava: 10 1. Hydroksyyliapatiitin (HA) liittåminen metalliin on ongelmallista. On yritetty mekaanista liitosta (De Putter,

De Groot), mika on HA:n haurauden vuoksi vaikeaa eika ole johtanut tyydyttaviin tuloksiin.

Samoin on yritetty plasmaruiskutusta; kuitenkaan kide-15 rakenteen sailymista ei ole voitu osoittaa vaan pinta hajoaa helposti resorboituvaksi TCPiksi, joten sidonta ei ole pitkåaikainen (World High Tec. Congress, Milano 1986). Korallipohjainen HA ei myoskåån ole ollut synteettisiå parempi ratkaisu. Kuitenkin HA on edullinen aine, johon 20 kudoksen kollageenisaikeet tarttuvat ja johon ne kalsifi-oituvat erittain hyvin (Jarcho et al. useissa tutkimuk-sissa; ref.2 De Putter, De Lange, De Groot: Permucosal · · dental implants of dense hydroxylapatite. Fixation in alveolar bone; Abstract: Int. congress on tissue integra-25 tion in oral and maxillofacial reconstruction, Bryssel 1985).

2. CaP-lasit ja CaP-lasikeraamit eli ns. bioaktiiviset lasit on todettu useissa tutkimuksissa hyvin "luutuviksi" (Hencke et al. 1971 alkaen; ref.3 Gross et Strung: The 30 interface of various glasses and glass ceramics with a bony implantation bed. J. Bio- med. Mat.Res. 251-271: 19, 1985). Reaktio perustuu Si02-pinnan gelaatioon ja Ca:n ja P:n rikastumiseen. Talloin Ca ja P kiteytyvåt HA:ksi pintaan tarttuneisiin kollageenisaikeisiin.

91595 4

Hyvan menetelmån olisi tåytettava seuraava ideaalinen vaatimus:

Implantaatissa on oltava luuhun ja limakalvoon kiinni tarttuva pinta ja silla on oltava luutumista edistSvå 5 vaikutus.

Tallaisia pintoja ovat: HA = hydroksiapatiitti TCP = trikalsiumfosfaatti Bioaktiivinen lasi tai lasikeraami 10 Nykyisin on olemassa implantaatteja, joissa on lujuutta vaadittaessa riittåvån pienuuden ja lujuuden saavuttami-seksi metallisydån, joka on ymparoity siihen lujasti tarttuvalla, metallioksideilla resorboitumattomaksi teh-dylla bio- eli Ca-P-lasilla. Lisåksi uloimpana on luuhun 15 tai biomassaan resorboituva Ca-P-lasi (ref. US Pat. 4497629 Ogino et al.). Tåten vaatimukset 1 ja 2 tulevat nåennåi-sesti taytetyiksi, mutta uloimman kerroksen resorboiduttua pois sisemmån kerroksen tarttuminen kudokseen ei ole tyy-dyttava.

20 Tarttumista on implantaateissa parannettu kayttåmalla hyd-roksiapatiittia eli HA:ta. Erilaisten implantaattien ohella on mainittuja bioaktiivisia materiaaleja kaytetty erilaisten luun defektien korjaamiseen blokkeina ja granuleina. Parhaiten tunnettuja ovat bioaktiivisena tunnettu pelkkå HA

25 seka tiheana dense muotona etta ontelorakenteisena poroo-sina, ja TCP, joka absorboituu nopeasti. Edelleen bioak-tiivista lasia (BioglassR) ja muovi/Ca seosta (HTRr) on kaytetty granulasovellutuksena. Yleisenå ongelmana on se, etta resorbtionopeutta ei voida saåtåå.

30 Kirjallisuudessa ei ole esitetty keksinnon mukaista implantaattia.

5 91595 US-patenttijulkaisussa 4,097,935 kuvataan uutta keraamista tuotetta, joka sisåltåå hydroksiapatiittiå. Siinå ei kuitenkaan kuvata kerros- tai seossysteemiå eika kuvattu keraaminen materiaali ole HAsn ja biolasin seos. Mainitussa 5 patentissa kuvataan vain HA:n sovellutusta ja valmistusme-netelmaå.

US-patenttijulkaisussa 4,120,730 on kuvattu lasimateriaali, joka ei ole biolasia. Materiaali ei ole kerroksittainen, ja siita syysta reaktionopeus ei ole saadettavissa.

10 US-patenttijulkaisussa 4,259,072 kuvataan menetelma, jossa kaksi erillista kappaletta liitetaan toisiinsa lasisemen-tilla, joka ei ole biolasia. Reaktio ei ole saadettavissa, koska rakenteessa ei ole reaktioon vaikuttavia kerroksia.

US-patenttijulkaisussa 4,177,524 kuvataan tukielementti, 15 jonka pinnalla on esimerkiksi kalsiumhydroksyyliapatiittia. Tåsså ei ole reaktionopeuteen vaikuttavia kerroksia.

Saksalaisessa patenttihakemusjulkaisussa DE 3306648 kuvataan koneellisesti tyostettaviS bioaktiivisia lasikeraa-meja, joihin kuuluu yhtena komponenttina Al203, joka 20 hajottaa luuta. Mitaan kerrosrakennetta ei ole kuvattu.

· US-patenttijulkaisussa 4,708,652 kuvataan implantaatteihin tarkoitettua apatiittipohjaista keraamimateriaalia. Siina ei kuitenkaan kuvata eri kerroksista koostuvia implantaat-teja.

25 Tamån keksinnon tarkoituksena on poistaa edella esitetyt epakohdat. KeksinnSlle on tunnusomaista se, etta granuli-materiaalin seka resorboituvassa Ca-P-lasiseosaineosassa (4) etta resorboitumattomassa bio- eli Ca-P-lasin seoksessa (2) on seosaineena hydroksyyliapatiittia eli HA:ta tarttu-30 misen edistamiseksi kudokseen ja muihin aineosiin, ja etta granuli-implantaatin resorboitumisnopeuden såatåmiseksi granulimateriaaliin kuuluu myds aineosa (3), joka on koos- 6 91595 tumukseltaan hitaasti resorboituva Ca-P-lasin ja HA:n seos.

Keksinnon mukaisessa ratkaisussa on implantaatin tartunnan pysyvyyttå oleellisesti parannettu lisaåmållå granulimate-riaaliin aineosa, jonka resorbtionopeus on såådettavisså.

5 Se on myos mahdollistanut ratkaisun kåyton muissakin kuin hammasimplantaateissa.

Muut keksinnon tunnusmerkit on esitetty patenttivaatimuk-sissa.

Keksintoå selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viita-10 ten oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittaa keksinnon mukaista granulia, jossa on useita kerroksia.

Kuvio 2 vastaa kuviota 1 ja esittaa granulin toista sovel-lutusmuotoa.

15 Kuvio 3 esittåå erilaisista granuleista muodostetun implantaattimateriaalin rakennetta.

Kuvio 4 vastaa kuviota 3 ja esittaa granuleista muodostetun implantaattimateriaalin rakennetta toisen i sovellutusmuodon mukaisena.

20 Kuvio 5 esittaa luuonteloon sijoitettua intra-osseaalista granulitaytettå.

Kuvion 1 mukainen granuli on muodostettu kerroksista. Yti-mena 1 on luja, pinnasta oksidoituva metalliosa (metal-to ceramic-alloys), jonka lampdlaajenemiskerroin on (10-15 x 25 10'6). Seuraava kerros 2 on metalliytimeen 1 pinnoittuva luja, tiivis ja silea resorboitumattoman kiinnitysbiolasin, Ca-P-lasin ja HA-keramian seos 2, jonka låmpolaajenemisker-roin on edellista pienempi (9-14 x 10'6). Tahån kerrokseen liitetaan bio- eli Ca-P-lasin ja HAsn seos 3, joka sintra-

II

7 91595 taan tiiviiksi tai huokoiseksi låhes resorboitumattomaksi kerrokseksi. Sen paalle liitetåån luuta rajoittavalle alueelle sintrattu, resorboituva ja pehmea HAsn ja bio- eli Ca-P-lasin seos 4, joka aktivoi luun kasvua ja tuottaa heti 5 mekaanisen luuimplantaattiliitoksen aiheuttamatta liial-r lista painetta luuhun.

Uloin pinta 4 voidaan haluttaessa lisåksi myos lasittaa. Ratkaisuna on taten kerrosrakenne, jossa uloin kerros 4 resorboituu ja metalliytimen 1 pinnalle sintrattu kerros 2 10 on resorboitumaton. Resorbtio ei siis etene metalliin saakka, koska granuli voi sisaltåå resorption estoaineita (esim. metallioksideja). Naiden valissa on tasså sovellu-tuksessa jossain måårin resorboituva vålikerros ja lisaksi on HA:ta lisatty seosaineeksi kaikkiin Ca-P-lasin kerrok-15 siin 2, 3 ja 4. Lasi tekee naiden tarttumisen metalliin ja kerrosten toisiinsa paitsi hyvaksi, myds erittain pysyvak-si. Erikoisesti on huomattava, ettå taten myos HA kiinnit-tyy metalliin. Useissa tapauksissa saavutetaan kuitenkin tyydyttavån pysyva tulos, vaikka HA jatetaan pois metal-20 liin pinnoittuvasta Ca-P-lasin kerroksesta 2 tai Ca-P:n ja HA:n seoksen muodostama vålikerros 3 jatetaan pois.

Lasin ja HA:n seoksen resorboitumisnopeutta voidaan saå-della eri pitoisuussuhteilla ja lisåaineilla (esim. metal- t ·'· lioksideilla) aivan kuten pelkan Ca-P-lasin resorbtiota.

25 Keksinnon mukainen biolasi/HA-seospinta tarttuu soluihin nopeasti (1-8 tuntia) ja luutuminen tapahtuu mineraalien ansiosta samoin nopeasti. Tallainen luuliitos on luja myos rakenteeltaan heikossa luussa luuta induktoivan vaikutuksen vuoksi. Tåten tåinå rakenne voidaan tehdå aikaisempaa pie-30 nemmaksi. Lisaksi lasikeramiin tarttuva metalli tukee tar-vittaessa keraamista rakennetta. Keksinnon kayttdaluetta voidaan edelleen laajentaa kayttåen eri rakennemuotoja ja matriisiaineita.

Kuvion 2 sovellutusmuodossa ei ole metallista ydinosaa.

35 Muissa suhteissa rakenne on samanlainen kuin kuviossa 1.

8 91595

Milloin lujittavaa rakennetta ei tarvita, jåtetåån metallinen ydin pois. Tamå on mahdollista kåytettåesså implantaat-tia esim. luun taytteenå. Granulia voidaan kåyttaå myos taysin resorboituvana. Talloin jåtetåån myos kerros 2 koko-5 naan pois.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnon sovellutusmuoto, jossa osa granuleista on resorboitumattomia 2, osa hitaasti resorboi-tuvia 3 ja osa nopeasti resorboituvia 4.

Kuviossa 4 on vastaava rakenne kuin kuviossa 3, mutta 10 resorboimattomien granulien sisåån on sijoitettu metal-liydin 1.

Kuviossa 5 on esitetty luun 5 onteloon sijoitettu granuli-tåyte 6. Talloin taytteén koostumuksessa ovat kaikki vaih-toehdot mahdollisia. Olennaista on se, etta prosessi on 15 tarkkaan saådeltåvissa granulien koostumuksen avulla.

Esimerkiksi luukalvon alla oleva subperiosteaalinen ja ham-paan ymparillS oleva periodontaalinen granulitayte ovat vastaavia, mutta granulien koko vaihtelee. Suuruusluokat ovat esimerkiksi seuraavats 20 - hammasientaskut, tukikudosta lisååvånå 0,1 - 1 mm - saariluu 0,5 - 5 mm - napit ja biokit 3 mm

Hampaissa ei tavallisesti kayteta kerroksittaisia granu-leita.

25

II

Claims (7)

91595

1. Elåvåån kudokseen implantoitava granuli-implantaatti, jossa granulimateriaalin ainakin yksi aineosa (4) on kudokseen, kuten luuhun, pehmytkudokseen tai biomassaan resor-boituva Ca-P-lasin seos ja ainakin yksi aineosa (2) on 5 resorboitumatonta bio- eli Ca-P-lasin seosta, tunnettu siita, etta granulimateriaalin seka resorboituvassa Ca-P-lasiseosaineosassa (4) etta resorboitumattomassa bio-eli Ca-P-lasin seoksessa (2) on seosaineena hydrok-10 syyliapatiittia eli HA:ta tarttumisen edistamiseksi kudokseen ja muihin aineosiin, ja etta granuli-implantaatin resorboitumisnopeuden saåtåmiseksi granulimateriaaliin kuuluu myos aineosa (3), joka on koostUmukseltaan hitaasti resorboituva 15 Ca-P-lasin ja HA:n seos.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen granuli-implantaatti, tunnettu siita, etta ainakin osa granuleista on muodostettu kerroksittaisiksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen granuli-implan-20 taatti, tunnettu siita, etta lujuuden lisaami- seksi implantaattiin kuuluu metallinen aineosa (1)/ ja etta ainakin tSta aineosaa sisåltåvH granuli on muodostettu kerroksittaiseksi niin, etta metalli on peitetty resor-boitumattomalla Ca-P-lasin seoksella (2).

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen granuli-implan taatti, tunnettu siita, etta granuli on muodostet-'-· tu kerroksittaiseksi siten, etta siihen kuuluu ainakin hitaasti resorboituva aineosa (3) ja sen paalle sijoitettu resorboituva aineosa (4).

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen granuli- implantaatti, tunnettu siita, etta granuli on muodostettu kerroksittaiseksi siten, etta siihen kuuluu resor- 91595 boitumaton ydinosa (2), sen ymparille sijoitettu hitaasti resorboituva aineosa (3) ja paallimmåiseksi sijoitettu resorboituva aineosa (4).

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen granuli-5 implantaatti, tunnettu siitå, etta implantaatti-materiaaliin kuuluu erillisiå granuleita (1, 2, 3 ja 4), joissa on metalliytimen sisåltaviå, resorboitumattomia granuleita (2), hitaasti resorboituvia granuleita (3) ja resorboituvia granuleita (4).

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen granuli- implantaatti, tunnettu siita, ettS implantaattiin sekoitetaan kerroksittaisia granuleita ja/tai kerrostumat-tomia granuleita halutussa suhteessa. II 91595