NL1008582C2 - Botmateriaal. - Google Patents

Description

i

BOTMATERIAAL

De uitvinding heeft betrekking op botmateriaal ter bevordering van botweefselgroei, voorzien van TGF-S dat 5 gedurende een tijdsperiode aan de omgeving kan worden afgegeven.

In de westerse wereld vormt botverlies een steeds groter wordend probleem voor de volksgezondheid, waarbij 10 verwacht wordt dat miljoenen mensen in de nabije toekomst zullen lijden aan osteoporose. Alleen al vanwege deze reden bestaat er een grote interesse in stoffen ter bestrijding van botverlies en ter stimulering van gezond nieuw botweefsel. Daarbij wordt niet 15 alleen gedacht aan de eerdergenoemde aandoening osteoporose, doch ook aan ontbrekend of in onvoldoende mate aanwezig botweefsel in een botdefect, tussen een implantaat en een omgevende botwand, etcetera. Heden ten dage is botmateriaal bekend, gevormd door droog 20 calciumfosfaatpoeder te mengen met een vloeistof bestaande uit water en diverse toevoegingen, en het daardoor ontstane mengsel in de vorm van een pasta ter plaatse aan te brengen, waarna uitharding van het pasteuze botmateriaal tot botcement plaatsvindt. Daarbij 25 stelt men zich tot doel het scheppen van een tijdelijke, resorbeerbare botvervanging die na verloop van tijd door levend botweefsel wordt vervangen. Deze vervanging is mogelijk doordat uitgehard calciumfosfaat-cement oplosbaar is in omringende, zich steeds verversende 30 lichaamsvloeistoffen, zodat in aldus degraderend botcement poriën ontstaan, waarin zich levend botweefsel kan vormen. Een en ander is beschreven in "Journal of Materials Science: Materials in Medicine 6 (1995) 340-347, K. Kurachina et al.,· Journal of Materials Science: 35 Materials in Medicine 5 (1994) 164-17, F.C.M. Driessens et al".

Botmateriaal ter bevordering van botweefselgroei, 10 0 3 5 8 2 2 * voorzien van TGF-β dat gedurende een tijdsperiode aan de omgeving kan worden afgegeven, is met name bekend uit het Amerikaanse octrooischrift No. 5,422,340 (Ammann et al.). Het hieruit bekende botmateriaal in de vorm van 5 een pasta wordt gevormd door tri-calciumfosfaatkorrels te mengen met de menselijke transformerende groeifactor TGF-β, waardoor deze factor aan het oppervlak van de tri-calciumfosfaatkorrels wordt geadsorbeerd. De korrels met de aan het oppervlak daarvan geadsorbeerde TGF-β 10 factor worden daarna gemengd met een polymeer om de = consistentie van het geheel te verhogen, waarna een pasta wordt gevormd ter aanbrenging op plaatsen in een bot waar botgroei wordt gewenst. De TGF-β factor wordt gedurende een tijdsperiode aan de omgeving losgelaten, 15 waardoor botgroei ter plaatse wordt gestimuleerd.

Opgemerkt wordt dat in het kader van de uitvinding voor de term "TGF-β" dezelfde definitie geldt als aangegeven in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift.

20

Een bezwaar van het pasteuze botmateriaal bekend uit de eerdergenoemde Amerikaanse octrooipublicatie is dat de tijdsperiode waarin het TGF-β aan de omgeving wordt afgegeven ter stimulering van botweefselgroei in de 25 praktijk te kort blijkt om tot een adequate hoeveelheid aangegroeid natuurlijk botweefsel te komen. Vanuit de praktijk bestaat dan ook een lang gevoelde behoefte om , !? die tijdsperiode te verlengen, zodat op een gewenste j wijze, in het bijzonder geleidelijk afnemend in de tijd, 30 TGF-β door het botmateriaal wordt afgegeven. Bovendien geldt als nadeel dat dit bekende botmateriaal vanwege zijn pasteusiteit de mechanische functie van botweefsel niet kan overnemen en derhalve niet als tijdelijke vervanging van botweefsel kan dienen. Door deze 35 pasteusiteit vindt ook geen aanhechting van het pasteuze botmateriaal aan bestaand botweefsel plaats. Dit heeft weer als nadelig gevolg dat geen levend botweefsel zich 10 0s 5 8 2 3 kan vormen in met name poriën van degraderend botmateri-aal.

Het is het doel van de uitvinding een botmateriaal van 5 de in de aanhef vermelde soort te verschaffen, waarbij de bezwaren van de stand van de techniek zijn ondervangen, en daartoe heeft een dergelijk botmateriaal volgens de uitvinding als bijzonderheid dat het botmateriaal na uitharding botcement vormt en dat het TGF-β homogeen in 10 het uitgeharde botcement is verdeeld. In het bijzonder is het TGF-β opgelost in een vloeibaar medium, bij voorkeur water, met het botmateriaal vóór harding daarvan gemengd.

15 Bij voorkeur wordt een bloedeiwit bevattende oplossing, in het bijzonder albumine, gebruikt om de TGF-β in oplossing te houden teneinde een homogene verdeling van het TGF-β in het uiteindelijk uitgeharde botcement te waarborgen.

20

Het botcement overeenkomstig de uitvinding bevordert botweefselgroei, waarbij sprake is van een resorbeerbaar materiaal dat door zijn hardheid gedeeltelijk de mechanische functie van bot kan overnemen, alsmede door 25 zijn botgroei-bevorderende eigenschappen de vervanging met levend botweefsel bevordert. Uitvoerige experimenten hebben aangetoond dat de toevoeging van het TGF-β geenszins de geleidelijke afgifte daarvan na uitharding van het botcement belemmert.

30

In een voorkeursuitvoeringsvorm van botmateriaal overeenkomstig de uitvinding bevat het botmateriaal calciumfosfaat. Vanwege de biocompatibiliteit is daarbij in het bijzonder sprake van een mengsel van di-calcium-35 fosfaat, tri-calciumfosfaat, tetra-calciumfosfaat en/of hydroxyl-apathiet.

" 'lo8 2 4

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van het onderhavige botmateriaal is dit tot een granulaat (korrels) gevormd, hetgeen tot een optimale vorming van levend botweefsel in ruimten tussen de korrels leidt, 5 alvorens de korrels zelf door levend botweefsel worden vervangen.

- De uitvinding refereert tevens aan een werkwijze ter ' vervaardiging van een botmateriaal volgens de uitvin- : 10 ding, waarbij het botmateriaal wordt uitgehard tot botcement en waarbij het TGF-β homogeen in het uitge- ' harde botcement wordt verdeeld. Zoals gezegd, wordt het . TGF-β in een vloeibaar medium, bij voorkeur water, 1 opgelost en met het botmateriaal vóór uitharding daarvan 15 gemengd. Aldus wordt bewerktstelligd dat er een langere i afgxfteperiode wordt verschaft, waarin het TGF-β na aanbrenging van het botmateriaal kan worden afgegeven 1 aan de omgeving. Daarbij is telkens het uitgangspunt dat 1 TGF-β steeds alleen daar werkt waar dat nodig is.

j 20

De uitvinding is tevens gerelateerd aan een inrichting —- ter toediening van botmateriaal voorzien van TGF-β I overeenkomstig de uitvinding, waarbij is voorzien in ten minste twee compartimenten voor het afzonderlijk houden 25 van het botmateriaal en TGF-β, in een mengkamer voor het mengen van het botmateriaal en het TGF-β, alsmede in een spuitmond voor het vanuit de mengkamer spuiten van het mengsel.

30 De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een bespreking van een aantal proeven volgens een voorkeursvariant van de uitvinding, waarbij eerst een procedure voor het vervaardigen van het onderhavige botmateriaal met toegevoegd TGF-β zal worden besproken. 35 1. Een steriele cementpoeder bestaat uit een mengsel van alfa-tricalciumfosfaat, tetracalciumfosfaat- 10 0 8 5 8 2 5 monoxyde en di-calciumfosfaat-dibasisch, in een verhouding van 75:20:5, of anders indien gewenst.

2. Een steriele TGF-S oplossing (oplossing (A)) 5 bestaat uit 4 milimolair HC1 in water met daarin opgelost 0,1% runder serum albumine en TGF-S een concentratie naar wens variërend van 2xl0's % tot 2%.

10 3. Een tweede steriele oplossing (oplossing (B)) bestaat uit water met daarin opgelost 12% natrium-succinaat en 5% chondroïtine-succinaat.

4. Oplossing (A) wordt 1 op 1 gemengd met oplossing 15 (B), onder steriele omstandigheden.

5. Een volumedeel oplossing (A+B) wordt gemengd met twee volumedelen cementpoeder onder steriele omstandigheden. Dit kan gebeuren; 20 a. in een bakje en gemengd met een spatel, waarna de cementpasta onmiddellijk in het lichaam van de patiënt ter plaatse wordt aangebracht en daar uithardt; 25 b. via een spuit met twee kamers, waarvan er één het cementpoeder en de andere oplossing (A+B) bevat; met behulp van de spuit worden poeder en vloeistof ter plekke in het lichaam samen- 30 gebracht waarna het mengsel ter plaatse uithardt (conclusie 8).

c. in een bak, mal of container, waarna het mengsel buiten het lichaam uithardt en al of 35 niet wordt vermalen tot een poeder van de gewenste korrelgrootte, waarna het in het lichaam van de patiënt wordt aangebracht

1 ö u 8 a 8 Z

6 * (conclusie 7).

De eerste proef 5 Uit volwassen ratten-botweefsel werden osteoblast-achtige cellen en voorlopers van osteoblastachtige cellen geïsoleerd. Vervolgens werden 5xl04 cellen in 1 ml celkweekvloeistof met antibiotica en 10% foetaal runder serum aangebracht op 60 mg cement, waaraan al of 10 niet TGF-β was toegevoegd. Het kweekmedium werd ververst na 3 tot 4 dagen. Na de tiende dag werden de cellen verzameld en de hoeveelheden eiwit en alkalische fosfatase (ALP) activiteit bepaald in de cellen. Een significante toename van ALP activiteit werd geconsta-15 teerd in osteoblastvoorloper-achtige cellen op cement dat 10'4% TGF-β bevatte.

De tweede proef 20 Het cement werd samengesteld zoals hierboven beschreven. Het vrijkomen van de TGF-β in het kweekmedium werd bepaald door de concentratie van de TGF-β te meten in kweekmedium zonder cellen. Binnen 24 uur werd 20% van het TGF-β aangetroffen in het medium.

25

De derde proef j In de schedel van volwassen ratten werden botdefecten van 5 mm diameter aangebracht tot aan de dura mater. De 30 defecten werden gevuld met cement (zie boven), waaraan wel of niet TGF-β was toegevoegd (zie boven). Toevoegen van TGF-β aan het cement veroorzaakte een versnelde ingroei van botweefsel in het cement, zoals is gebleken uit histologisch onderzoek.

3 5

De vierde proef 10 0 6 58 ? 7

In de linker ulna van volwassen konijnen werd een zogenaamd "critical size defect" aangebracht, dat wil zeggen een segment bot werd verwijderd dat te groot was om door spontane callusvorming te helen. Het defect werd 5 gevuld met cement, waaraan wel of niet TGF-β is toegevoegd. Toevoegen van TGF-β aan het cement veroorzaakte een versnelde vervanging van het cement door levend botweefsel en een overbrugging van het defect, zoals is gebleken uit histologisch onderzoek.

10

De vijfde proef

In de bovenkaak van geiten werden zowel links als rechts de eerste twee promolaren geëxtraheerd. De extractieva-15 cuolen werden opgevuld met cement (zie boven), waaraan wel of niet TGF-β was toegevoegd. Toevoegen van TGF-β aan het cement veroorzaakte een versnelde vervanging van het cement door levend botweefsel, zoals is gebleken uit histologisch onderzoek.

20

De zesde proef

Bij patiënten die voor behandeling met tandheelkundige implantaten in aanmerking kwamen, werden in het edentate 25 kaakdeel tandwortelvormige implantaten geplaatst. Vervolgens werden de dehiscenties en fenestraties opgevuld met calciumfosfaat-cement, waaraan TGF-β was toegevoegd. Bij plaatsen van het permucosale gedeelte van het implantaat werd een klein biopt afgenomen dat 30 histologisch werd onderzocht. Het cement was vervangen door vitaal botweefsel, zoals blijkt uit histologisch onderzoek.

' 0 0 « 5 3 2

Claims (5)

1. Botmateriaal ter bevordering van botweefselgroei, voorzien van TGF-β dat gedurende een tijdsperiode 5 aan de omgeving kan worden afgegeven, met het kenmerk dat het botmateriaal na uitharding botce-ment vormt en dat het TGF-β homogeen in het 1 uitgeharde botcement is verdeeld. i

2. Botmateriaal volgens conclusie 1, waarbij het TGF-β opgelost in een vloeibaar medium, bij voorkeur water, met het botmateriaal vóór harding daarvan is gemengd.

3. Botmateriaal volgens conclusie 1 of 2, waarbij het botmateriaal calciumfosfaat bevat.

4. Botmateriaal volgens conclusie 3, waarbij het botmateriaal een mengsel bevat van di-calciumfos- 20 faat, tri-calciumfosfaat, tetra-calciumfosfaat en/of hydroxyl-apathiet.

5. Werkwijze ter vervaardiging van botmateriaal * j volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 25 4, waarbij het botmateriaal wordt uitgehard tot botcement en waarbij het TGF-β homogeen in het uitgeharde botcement wordt verdeeld.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij het TGF-β in 30 een vloeibaar medium, bij voorkeur water, wordt opgelost en met het botmateriaal vóór harding daarvan wordt gemengd.

7. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, waarbij het 35 uitgeharde botcement tot een granulaat wordt gevormd. - 1000582

8. Inrichting ter toediening van botmateriaal volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 4, waarbij is voorzien in ten minste twee compartimenten voor het afzonderlijk houden van het botmateri-5 aal en het TGF-β, in een mengkamer voor het mengen van het botmateriaal en het TGF-β, alsmede in een spuitmond voor het uit de mengkamer spuiten van het mengsel ter toediening van het botmateriaal voorzien van het TGF-β vóór harding daarvan. 10

5 G 0 r. ?. G 2 SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFICATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE Kenmerx van oe aanvrager of van de gemacnugae j 126.77.4186 Neoeflandse aanvrage nr. moienrigsdatum 1008582 13 maart 1998 ____I ingeroepen voorrangscaum Aanvrager (Naam) VRIJE UNIVERSITEIT Datum van net verzoex voor een onoerzoeK van mtemasonaai type Door oe Insanae voor tntemaaonaai OncerzoeK (ISA) aan net ! verzseK voor een onoerzoex van intamaDoraai type te ge Kern nr. SN 31124 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (Pij oecassmg van verschillende dassilicaoes. alle dassificaoesymbolen opgeven) Volgens ee inoemaoonaie dassjftcaoe (IPC) Int.Cl.6; A 61 L 25/00, A 61 L 27/00, A 61 K 38/18 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK Onqerzscnte minimum documentatie _ Classificatiesysteem _Classificatiesvrrcclen__*_j i Int.Cl.6: A 61 L, A 61 K j ! I i i __I_ Onoerzocnte anoere oocumenaae aan ae minimum accu menace voer zover oergeiijke docjmenBn m de onceriicnte ge&eoen z^n j oegenornen j — , ! j ! j ! i i ___________1 i ; ~ ' 1 ; jlll._; GEEN ONDERZOEK MCGELIJK VOOR BEPAALDS CONCLUSIES (csnerxmgen eo aanvullingsoiad) 1IV, · GE3REK AAN EENHEID VAN UITVINDING iccmerx.ncen cc aanvullingsblad] ' "orm PC7,lSA,'23lfa>C= !SS^