SE457692B - Implanterbar protes foer att helt eller delvis ersaetta en sena, ett ligament eller ett korsband - Google Patents

Description

'457 692 10 15 20 25 30 35 2 US-patentet 3 '+63 158 beskriver användning av kompositer av polyglykol- syra och icke absorberbara iibermaterial som implantat för reparation eller ersättning av vävnad, varvid kompositerna är så utformade att den nya vävnaden kommer att omge det ej absorberbara fibermaterialet.

Några helt lyckade resultat med dessa typer av proteser har dock inte rapporterats hittills. Även kolfiberstrukturer har provats som ersättning för skadad sen- eller ligamentvävnad. Det har dock visat sig att kolfiberstrukturen med tiden nedbryts mekaniskt och att kolfiberfragmenten sedan tenderar att vandra ut i kroppen från operationsstället. För att komma till rätta med detta problem föreslås i US- patentet 4 411 027 omhöljníng av koltiberstrukturen med ett skikt av en bioabsorberbar polymer i syfte att dels skydda strukturen mot yttre mekanisk påverkan och dels hålla fragmenten på plats i åtminstone det tidiga läknings- skedet. Det har dock visat sig att kolfiberfragment från protesen ändå vandrar ut i kroppen.

US-patenten 3 297 033, 3636 595 och 3982513 föreslår endast rent allmänt användning av rörformiga strukturer av bioabsorberbara polymerer i form av pfflyglykolsyfa, laktidpolymerer resp. sampolymerer av mjölksyra och glykolsyra för reparation av olika kroppsdelar, däribland senor, utan att närmare beskriva de föreslagna tillämpningarna.

Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma ett förbättrat proteselement som helt eller delvis kan ersätta en sena, ett ligament eller ett korsband och som saknar de ovan angivna nackdelarna hos de hittills kända proteserna. Det nya proteselementet skall således stabilisera senan, ligamentet eller korsbandet under hela läkningsförloppet. Vidare skallproteselementets struktur vara sådan att den styr uppbyggnaden av kollagen i den nya vävnaden till att så mycket som möjligt efterlikna den ursprungliga vävnaden som den skall ersätta. När det gäller ligament och korsband skall dessutom ben kunna växa in i den nya strukturen. Slutligen skall protesmaterialet som helhet restlöst kunna försvinna ur kroppen. Dessa syften, liksom andra syften och fördelar, uppnås med en protesanordning som har de i de bifogade patentkraven angivna särdragen och som förklaras närmare nedan.

Enligt en grundtanke för uppfinningen utgörs proteselementet helt av bioresorberbart material (vars innebörd kommer att förklaras senare) och har dessutom en speciell struktur som dels ska kunna ge erforderlig hållfasthet (speciellt viktigt vid korsband) samt dels kunna befrämja och styra inväxten av ny vävnad i lämplig inriktning.

Denna struktur utmärks i sin vidaste aspekt av att den uppvisar längs- gående spâr eller kanaler avsedda att tjänstgöra som initiala tillväxtledare för ny 10 15 20 25 30 35 457 692 3 fibrös vävnad. Uttrycken spår resp. kanaler skall här uppfattas i vid bemärkelse och strukturen kan för att uppfylla uppfinningens syften vara anordnad på ett stort antal olika sätt, såsom kommer att framgå av det följande.

Således kan den i en utföringsform helt enkelt utgöras av ett enda, eller eventuellt flera, lângsträckta element, som var för sig är försedda med flera längsgående spår eller kanaler. Dessa spår eller kanaler kan härvid vara anordnade på elementets utsida eller också sträcka sig inuti elementet, eventuellt i kombination. Som exempel kan i det förra fallet proteselernentet direkt vid tillverkningen utformas med de erforderliga spåren, t.ex. genom sprutning, men det kan även utgöras av ett från början arkformigt materialstycke som veckats till lämplig konfiguration. Exempel på ett sådant proteselement med inre kanaler eller hålrum är ett ark som rullats till spiralformigt tvärsnitt.

Enligt en annan utföringsform är proteselementstrukturen enligt upp- finningen uppbyggd av ett flertal långsträckta element, som mellan sig avgränsar längsgående kanaler eller hålrum. Företrädesvis är dessa längsträckta element anordnade att vid protesens applikation kunna vara väsentligen individuellt belastningsupptagande. Exempelvis kan de utgöras av trådar eller fibrer, varvid aggregatet därav kan vara rakt eller också flätat, tvinnat eller roterat. De kan även utgöras av ett flertal parallella lamell-, blad- eller bandformiga element.

Ett annat alternativ är ett flertal koncentriskt anordnade cylindrar eller rör. De enskilda elementen kan i dessa fall vara hela, eventuellt perforerade material- stycken, men kan t.ex. även utgöras av nät eller vara stickade, vävda eller flätade strukturer etc. Även en veckad struktur kan omfattas av denna utföringsform, varvid t.ex. vid en väv de helastningsupptagande elementen motsvaras av varptrådarna.

Som ovan antyttas kan utformningen och dimensionerna på nämnda spår eller kanaler hos proteselementstrukturen variera betydligt, men för att önskad inträngning av celler ska kunna ske i Lex. inre kanaler eller hâlrum bör dessa ha en minsta tvärsnittsdimension av ca 10 pm.

Resorptionstiden för proteselementstrukturen enligt uppfinningen skall vara tillräckligt lång för att kunna utgöra en stabiliserande ersättning, tills den nya vävnaden regenererats tillräckligt för att själv kunna uppta belastningar.

Denna tid beror givetvis på typen och omfattningen av vävnad som skall ersättas men kan generellt sägas vara ca sex månader till ca två år.

På samma sätt varierar hâllfasthetskraven alltefter den vävnad som skall ersättas, varför hållfasthetskraven exempelvis är relativt höga vid ett korsband, medan de givetvis kan vara förhållandevis låga för exempelvis en fingersena.

Vad gäller själva proteselementets tvärsnittsdimensioner kan som exem- pel nämnas ca en till tvâ millimeter för mindre senor upp till två centimeter 457 692 lO l5 20 25 30 35 4 (akillessenan), och t.ex. för korsband ca 4-5 millimeter.

Vid användning kommer proteselementen enligt uppfinningen att fungera som belastningsupptagande ersättning för den sena, ligament eller korsband de skall ersätta, så att belastning av kroppsdelen ifråga kan ske idet närmaste omedelbart efter det kirurgiska ingreppet. Sådan omedelbar belastning har visat sig påskynda läkningsförloppet och gynnsamt påverka celldifferentieringen. I takt med att den nya vävnaden tillväxer nedbryts och resorberas protesmaterialet långsamt i kroppen, varvid den nya vävnaden successivt övertar belastningsupp- tagningen. Den speciella strukturen enligt uppfinningen har därvid visat sig fungera som en effektiv klätterställning för den nya vävnaden under successiv inriktning av densamma längs de lângsträckta elementen, så att den slutligen bildade nya vävnaden åtminstone i mycket stor utsträckning kommer att likna den ursprungliga vävnaden.

I en fördelaktig utformning av protesstrukturen har de olika enskilda elementen tvâ eller flera olika resorptionstider, vilket exempelvis enkelt kan åstadkommas genom variation av elementens tjocklek och/eller genom material- valet.

De enskilda elementen i protesstrukturen kan utgöras av ett enda material, men det kan för att man skall uppnå önskad resorberbarhet och hållfasthet för protesen som helhet vara nödvändigt att utnyttja en kombination av olika _material. Exempelvis kan varje enskilt element ha en kärna av höghållfast men relativt snabbt resorberbart material och ett ytterhölje av lâghällfast material men med längre resorptionstid.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är proteselement- strukturen omgiven av ett poröst ytterhölje av bioresorberbart material, dels i syfte att vid behov kunna hälla samman den inre strukturen men framför allt för att reducera tillträdet av kroppsfluider till den inre strukturen och därmed lämpligt fördröja det kemiska angreppet på densamma för att förlänga resorptionstiden. Vidare kommer ytterhöljet att på ett fördelaktigt sätt tjänstgöra som klätterställning för blodkärl och utifrån inträngande fibroblaster.

Poroslteten hos ytterskiktet skall dock vara tillräcklig för att medge inträngning av blodceller och fluider och är lämpligtvis sådan att minst hälften av porerna ligger i intervallet mellan ca 10 och ca 200 pm, men de är helst inte större än 150 pm.

Ytterskiktet, som väsentligen inte är belastningsupptagande, kan utgöras av en separat höljesstruktur, t.ex. nätformad, men kan även vara ett skikt som belagts eller överdragits på innerstrukturen på lämpligt sätt.

Som lämplig resorptionstid på ytterskiktet kan nämnas ca 3 till ca 12 veckor, vilket beroende på materialvalet vanligtvis ger ett skikt av storleks- l0 15 20 25 30 35 457 692 ordningen 0,l-0,5 mm.

Den yttre formen på proteselementet är i och för sig inte kritisk och anpassas till den struktur som skall ersättas.

Med termen "bioresorberbart material" skall i föreliggande sammanhang förstås väsentligen vattenolösliga, icke-toxiska, vävnadsvänliga material som kan nedbrytas och resorberas fullständigt i kroppen utan att ge upphov till ärrvävnad eller toxiska nedbrytningsprodukter.

Lämpliga bioresorberbara material för syftena med föreliggande uppfin- ning kan utan vidare väljas av fackmannen, t.ex. bland sådana som antingen finns kommersiellt tillgängliga eller har beskrivits i litteraturen eller kommer att bli tillgängliga i framtiden. Som exempel på sådana bioresorberbara material kan nämnas polymerer baserade på polyglykolsyra (PGA), sampolymerer av glykolsyra och mjölksyra, sampolymerer av mjölksyra och É-aminokapronsyra, och olika laktidpolymerer. PGA-estrar finns t.ex. beskrivna i US-patentet 3 463 658, medan sampolymerer mellan glykolsyra och mjölksyra beskrivs t.ex. i US- patentet 3 982 543. Homo- och sampolymer av mjölksyra finns beskrivna t.ex. i US-patentet 3 636 956. Exempel på nu kommersiellt tillgängliga material är Vicry (en sampolymer av 90% glykolsyra och 1096 mjölksyra såld av Ethicon, Sommerville, N.Y., USA - även känd som Polyglactin) och Dexon (Davies d: Geck, Pearl River, N.Y., USA). Ytterligare exempel är polydesoxazon (PDS) (Ethicon, USA), polyhydroxismörsyra (PHB), sampolymerer av hydroxismörsyra och hydroxivaleriansyra (Pl-IB-PHV), polyestrar av bärnstenssyra, och tvärbunden hyaluronsyra. Som antytts ovan kan givetvis även blandningar av de ovannämnda materialen komma ifråga. Fackmannen på området torde utan vidare kunna modifiera sådana bioresorberbara material alltefter de aktuella behoven, t.ex. vad gäller porositet, resorptionstid, hâllfasthet, etc.

Eventuellt kan tillväxtfaktorer vara införlivade il protesstrukturen, antingen deponerade i de angivna hâlrummen eller också införlivade i det resorberbara materialet för långsam frisättning av tillväxtfaktor. 1 det följande kommer uppfinningen att beskrivas närmare med avseende på en speciell utföringsform av uppfinningen för ersättning av ett korsband, varvid hänvisning sker till de bifogade ritningarna, i vilka: Fig. 1 är en schematisk perspektivvy av en utföringsform av ett protes- element enligt uppfinningen, Fig. 2 schematiskt visar applicering som korsbandsersättning av tre stycken proteselement enligt Fig. l i en knäled, och Fig. 3 till l0 visar schematiska tvärsnitt av alternativa utföringsformer av proteselementet enligt uppfinningfèn.

Proteselementet i Fig. 1, som allmänt betecknas med hänvisningssiffran 457 692 10 15 20 25 30 35 6 1, innefattar en inre struktur i form av ett flertal trådar 2 av lämpligt bioresor- berbart material eller materialkombination, vilka tvinnats till en multifilament- sträng av önskad tjocklek och försetts med ett i det visade fallet nätformigt ytterhölje eller överdrag 3 av lämpligt bioresorberbart material.

Som exempel kan trådama 2 vara kompositer bestående av en kärna av och ett ytterskikt av PHB, vilka buntats och tvinnats och därefter försetts med ett överdrag av PHB och PHV. Överdraget kan t.ex. appliceras genom doppning av den tvinnade filamentbunten först i en lösning av PHB och PHV i dimetylacetamid (DMA), och sedan i vatten. Ett lämpligt poröst ytterskikt av PHB - PHV fälls därvid ut på den tvinnade strukturen.

Proteselementet l är i det illustrerade fallet avsett att användas som korsbandsersättning, i vilket fall man använder tre stycken sådana element, men strukturen som sådan kan generellt användas för alla slags senor och ligament.

Vicry För korsbandsapplikationen är i proteselementets 1 undre ände trådarna 2 och ytterhöljet 3 fästa i en på utsidan gängad ändmuff ll, i vilken varje tråd 2 är individuellt fixerad. En på insidan gängad undre fixeringshylsa 5 med en ändfläns 6 är anordnad att kunna skruvas på ändmuffen li. En övre fixeringshylsa 7 är glidbart anordnad på proteselementet l och har en ändfläns 8 försedd med inåtvända spetsiga utskott eller taggar 9. Ändmuffen ll liksom fi xeringshylsorna 5, 7 kan utgöras av bioresorberbart material eller av lämpligt oresorberbart vävnadsvänligt material, såsom titan. En styrtrâd 10 sträcker sig från proteselementets I undre ände.

I Fig. 2 visas schematiskt applicering av tre protes- eller korsbands- element l len knäled som försetts med lämpli gt anordnade borrningar ll i de båda ledpartierna 12, 13.

Det i figmen visade arrangemanget av korsbandsele- menten l är avsett att vara isometriskt, dvs. att korsbandselementen 1 på basis av ledens kända rörelsemönster placerats med sina fiber- eller trådriktningar så att belastningar upptas och leden stabiliseras i tre olika huvudr iktningar vid ledrörelsen.

Vid appliceringen av korsbandsprotesen i Fig. 2 förs varje korsband l in i sin respektive borrning ll med hjälp av styrtråden 10. Därefter inställs korsbandets längd med den övre fixeringshylsan 7, som därvid f ixeras på kors- bandet, t.ex. genom fastklämning, och samtidigt i borrningsöppningen via utskotten 9. Appliceringen fullbordas genom att den indre fixeringshylsan 5 skruvas på ändmuffen 4 under samtidig avpassning av spänningen i korsbandet.

Så gott som direkt efter det kirurgiska ingreppet är den visade kors- bandsprotesen redo att uppta belastningar. Ny ligamentvävnad växer in i mellanrummen mellan trådarna 2 och får en fördelakti g successiv orientering i längsriktningen.

Samtidigt kommer protesmaterialet att långsamt utsättas för lO 15 20 25 30 35 457 692 __ 7 hydrolys och/eller enzymatisk nedbrytning, vilket åtminstone i läkningsproces- sens begynnelseperiod lämpligt fördröjs av ytterstrukturen 3, som dessutom tjänstgör som klätterställriing för bl.a. blodkärl. Möjligheten att belasta knäleden redan från början bidrar till en effektiv regenerering av ligamentvävnaden, genom att de naturliga rörelserna främjar differentieringen av de nya cellerna. I takt med att protesmaterialet resorberas, sker en successiv regenerering av ligamentvävnaden för att till slut resultera i en kollágenrik vävnad orienterad i parallella buntar och mycket lik ett normalt korsband.

Av de i Fig. 3-10 schematiskt illustrerade exemplen på olika alternativa utföranden av proteselementet enligt uppfinningen avser Fig. 3 och 4 protes- element, som i likhet med det i Fig. l är uppbyggda av ett flertal delelement, medan Fig. 5 till 10 visar sådana baserade på ett enda element.

Proteselementstrukturen i Fig. 3 utgörs av ett schematiskt illustrerat aggregat av ett flertal koncentriskt anordnade rör- eller cylinderelement ll: av bioresorberbart material, varvid det yttersta rörelementet lll-a omges av eller är belagt med ett ytterhölje eller -skikt 15, också av bioresorberbart material.

Elementen lll avgränsar rlngformiga, i figuren kraftigt överdrivna kanaler eller hålrum 16 mellan sig, varvid i praktiken elementen lll kan anligga mot varandra och ändå lämna erforderliga mellanrum. l utföringsformen enligt Fig. 4 består innerstrukturen av ett flertal lameller eller band 17 av bioresorberbart material sammanhâllna av ett ytter- hölje eller -skikt 18 av bioresorberbart material. Banden l7 avgränsar kanal- formiga, i figuren kraftigt överdrivna passager eller hålrum l9 mellan sig. Även här kan i praktiken banden l7 anligga mot varandra.

Utföringsformerna enligt Fig. 5-8 består samtliga av ett massivt lângsträckt element 20, som formats till olika konfigurationer uppvisande utvändiga spår eller kanaler 21, som skall tjänstgöra som tiliväxtledare för den nya vävnaden.

I utföringsformerna enligt Fig. 9 och 10 är proteselementet format av en film eller folie 22, som i Fig. 9 veckats och i Fig. l0 rullats. Tillväxtledande spår eller kanaler 23 bildas i Fig. 9 av vecken, medan de i Fig. l0 bildas mellan angränsande rullningsvarv.

Proteselementen i Fig. 5-10 kan i likhet med utföringsformerna enligt Fig. 1-1; förses med ett (ej visat) hölje eller överdrag av poröst bioresorberbart material.

Nedan beskrivs ett djurförsök, där en korsbandsprotes enligt Fig. l och 2 applicerats på får. I Exempel En korsbandsprotes enligt Fig. l tillverkades av buntar av Pl-IB-Pl-IV- 457 692 10 15 20 25 8 överdragen VicryQ-tråd, som tvinnades till strängar om ca 3 mm tjocklek och försågs med en sammanhållande stickad strumpa av Vicryl® . I de. enskilda trådarna har Vicry -materialet hög hållfasthet med relativt snabb resorption, vilket balanseras av ytterskiktet av Pl-lß -PHV med lång resorption men lägre hållfasthet.

Hos 10 vuxna får, sövda med natriumpentothal, syrgas/lustgas och Fluothane, recesserades främre korsbandet. Två eller tre ovan beskrivna korsbandsproteser insattes antingen lsometriskt via borrkanaler eller antiiso- metriskt. Den senare infästningen gjordes för att utröna metodens känslighet vid felaktig infästning. Efter rekonstruktionen var samtliga knän stabila. Fyra månader senare avlivades hälften av djuren och efter ytterligare tvâ månader avlivades resten av djuren. Makroskopisk fotodokumentation utfördes, varefter preparaten flxerades i Wó-ig formalin. Beninfästrxingen utsågades, varefter bensubstansen urkalkades och korsbanden snittades för mikroskopisk analys. Ett regenerat togs till hållfasthetstest.

Som resultat visade samtliga korsband god regeneration. Det förelåg ingen skillnad mellan isometriskt implanterade och antiisometriskt implanterade korsbandsproteser. Vid antiisometrisk implantation fann man dock varierande grad av arthros.

Den mikroskopiska analysen visade utomordentlig regeneration av kolla- genrik vävnad orienterad i parallella buntar och mycket lik bilden av ett normalt korsbandf Uppfinningen är givetvis inte inskränkt till de ovan speciellt beskrivna och i ritningarna visade utföringsformerna, utan många variationer och modifika- tioner âr möjliga inom ramen för uppfinningens grundtanke och de efterföljande i patentkraven.

Claims (11)

1. 0 15 20 25 30 ~f>' g g 457 692 PATENTKRAV l. lmplanterbar protes för att helt eller delvis ersätta en sena, ett ligament eller ett korsband, k ä n n e t e c k n a d av en struktur (1) av ett väsentligen vattenolösligt, icke- toxiskt, vävnadsvänligt bioresorberbart material valt bland polymerer baserade på polyglykolsyra, sampolymerer av glykolsyra och mjölksyra, sampolymerer av mjölksyra och â-aminokapronsyra, laktidpolymerer, homopolymerer av mjölksyra, polydesoxazon, polyhydroxismörsyra, sampolymerer av hydroxismörsyra och hydroxivaleriansyra, polyestrar av bärnstenssyra, och tvärbunden hyaluronsyra, och kombinationer därav, varvid strukturen (l) uppvisar längsgående spår eller kanaler H6; 19; 21; 23) avsedda att tjänstgöra som initiala tillväxtledare för ny fibrös vävnad.

2. Protes enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att strukturen innefattar ett flertal långsträckta element (2; lll; 17), som mellan sig avgränsar åtminstone en del av nämnda spår eller kanaler (l6; 19).

3. Protes enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att strukturen innefattar ett eller flera långsträckta element (20; '22), som var för sig är försedda mëd nämnda spar eller kanaler (2l; 23). ' ll.

4. Protes enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e t e c k n a d av att strukturen innefattar ett poröst yttre hölje eller skikt (3; 15; 18) med tillräcklig porositet för att medge inträngning av blodceller.

5. Protes enligt något av patentkraven 2-ll, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda lângsträckta element (2; lll; 17) är anordnade att kunna vara väsentligen individuellt belastningsupptagande.

6. Protea enligt nagot av patentkraven 2, ll och 5, k ä n n e t e c k n a d av att de långsträckta elementen är filament eller trådar (2), som eventuellt är tvinnade eller flätade till en tråd- eller filamentsträng.

7. Protes enligt något av patentkraven 2, l: och 5, k ä n n e t e c k n a d av att de långsträckta elementen är väsentligen parallella blad eller band (17) eller koncentriskt anordnade rörformiga' element (lll).

8. Protes enligt något av patentkraven 2-7, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone en del av de enskilda långsträckta 457 692 10 10 elementen (2; 11+; 17) inbördes har olika resorptionstider.

9. Protes enligt något av patentkraven 2-8, k ä n n e t e c k n a d av att ytterhöliet eller -sklktet O; 15; 18) har kortare resorptionstid än den innaníörliggande strukturen (2; 14; 17).

10. Protes enligt något av patentkraven 2-9, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda làngsträckta element (2; 14; 17; 20; 22) innefattar en kärna med kortare resorptionstld och ett yttre skikt med längre resorptlonstld, eller vice versa.

11. Protes enligt något av patentkraven 1-10, k ä n n e t eo c k n a d av att det bioresorberbara materialet är valt bland polyhydroxísmörsyra, sampolyrnerer av hydroxismörsyra och hydroxivalerlansyra, homopolymerer av mjölksyra, och kombinationer därav.