WO1986001725A1 - Bone cement and process for its manufacture - Google Patents

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WO1986001725A1
WO1986001725A1 PCT/EP1984/000275 EP8400275W WO8601725A1 WO 1986001725 A1 WO1986001725 A1 WO 1986001725A1 EP 8400275 W EP8400275 W EP 8400275W WO 8601725 A1 WO8601725 A1 WO 8601725A1
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bone cement
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Klaus Draenert
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Klaus Draenert
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Definitions

  • Bone cement and process for its production The invention relates to a bone cement based on polymeric acrylic and methacrylic acid esters, which can be used in particular as bone replacement, bone composite and prosthesis anchoring material.
  • Known bone cements consist of a polymeric component (acrylic acid ester or methacrylic acid ester "prepolymer", which is in the form of beads and is referred to as “spherical polymer” or “bead polymer”), a monomeric acrylic or eth-acrylic acid derivative, e.g. Methyl methacrylate, a polymerization catalyst and, if necessary. a stabilizer and an accelerator.
  • the components are mixed homogeneously and in a suitable manner, e.g. brought to the application site by means of a cement syringe.
  • the monomeric component hardens by polymerization and thereby encloses the prepolymer / so that a homogeneous polymer structure is formed.
  • Bone cements based on polyacrylic acid esters are not resorbable, but are built into the tissue by ingrowth of the body's own tissue and firmly enclosed. A stable connection between the implant and the implant bearing is only possible with a kind of blocking. A connection at the molecular level has so far not been proven or shown. Under biomechanically favorable conditions, ie, avoiding overloading of the border zone between implant and bone r , however, there is closed bony contact and thus the implant is blocked in the patient's bony implant bed.
  • OMPI - 1 - 1 (bone surface), which leads to bone resorption, the rapid bone remodeling of lamellae into a lower quality braided bone and finally to the formation of a tight connective tissue sheath. Due to the
  • the invention is based on the object of providing a bone cement of the type mentioned at the outset, which both creates a large surface area for the implant bearing and, on the other hand, forms sufficient mechanical strength around a closed cement sheath around the prosthesis component.
  • Matrix composite of the bone cement has an extremely unfavorable configuration.
  • the invention thus relates to a bone cement consisting of a mixture of polyacrylic acid esters and / or polymethacrylic acid ester prepolymers, monomeric acrylic acid and or methacrylic acid derivatives, a polymerization catalyst and possibly. a stabilizer and an accelerator, which is characterized in that the prepolymer 5 is a mixture of 5-50% by weight of polyacrylic acid ester and / or polymethacrylic acid ester fibers with a length of more than 2 mm up to 15 mm and a thickness of 50 - 750 microns, and 50 to 95 wt .-% polyacrylic ester and / or polymethacrylic acid ester spherical polymer from polymer spheres of size 1 - 140 microns represents. 0
  • the amount and size of the fiber replacement of the bead polymer determine the mixing and implantation behavior of the bone cements. With a precisely defined particle size, all requirements regarding short-term and long-term stability can be met.
  • These bone cements furthermore have the advantage that they material characteristics by the strongly improved mechanical Ma ⁇ are preferably suitable for the stage 0 by the addition of resorbable fillers, as described in DE-B-29 05878 to considerable increase in surface area in the border zone .
  • the invention also relates to the use of -poly- 5 acrylic acid ester and / or poly ethacrylic acid ester in the form of fibers with. a length of more than 2 mm to 15 mm and a thickness of
  • the invention further relates to a method for producing the bone cement according to claim 1, characterized in that 5-50% by weight of polyacrylic acid ester and / or polymethacrylic acid ester fiber with a length of more than 2 mm to 15 mm and a thickness of 50 - 750 ⁇ m are monofilament or as crosslinked to form fabrics, together with 50-95% by weight of polyacrylic acid ester and / or poly-methacrylic acid ester ball polymer made from polymer balls of size 1 - 140 ⁇ m, add the onomeric acrylic acid and / or methacrylic acid derivatives and the mass together with a polymerization catalyst and if necessary, a stabilizer and an accelerator mixed evenly.
  • the mixing of the components is accelerated and improved by coaxial rotation and the occurrence of monomer bubbles by pre-compression of the bone cement during the first time of the polymerization with pressures of about 1 to 20 bar, preferably 5 to 6 bar. as a function of the viscosity of the bone cement.
  • the particular advantage of the implantation materials according to the invention is that the material as such is not changed by replacing the spherical polymer, so that only an improvement in the mechanical properties results.
  • fibrous polymers of acrylic and / or methacrylic acid esters are used, such as - t - they are used in the light guide industry.
  • Copolymers of acrylic and methacrylic acid esters can also be used.
  • Ethyl methacrylate polymers are preferred. These materials are known per se and can be produced by known processes. These are essentially extrusion processes, the threads being spun in precipitation baths and being rolled up on bobbins. The threads are made in all thicknesses with various polymers and copolymers and are commercially available. These threads are delivered on rolls as kilometer goods. They can then be chopped to the desired length in chopping machines and mixed with the polymer powder in infrasonic vibrators.
  • An important advantage of the present invention is that a material reinforcement is achieved with a composite material which is nevertheless homogeneous and which reacts in the same way in its mechanical behavior. This too could
  • the success sought with the invention occurs only when a mixture of spherical polymer and fiber additives is used, the effectiveness of the fiber admixtures only - ⁇ ⁇ begins mm a minimum length of about 2 and an optimal material property 3-8 mm, particularly about 3-4 mm fiber length, at a thickness of 100 to 300, especially approximately 200 ⁇ m, is achieved.
  • an optimal material property 3-8 mm, particularly about 3-4 mm fiber length at a thickness of 100 to 300, especially approximately 200 ⁇ m
  • the polymer spheres of the spherical polymer have a size of 1 to 140 ⁇ m, preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • the prosthetic components are anchored in the bone with the bone cement, i.e. the joint components are completely surrounded by bone cement and this anchors them over a large surface in the bony bearing.
  • prosthetic components have also been developed that can be used on their own, without the addition of bone cement. block the implant bearing.
  • these so-called self-locking or straight-stem prostheses cannot do without the use of bone cements, because blocking in a physiologically curved area, for example, is only possible at two or three points, so that rotational instability or an instability in the sagittal direction remains.
  • all self-locking straight stem prostheses are advantageously blocked with bone cement in the bony bearing. Due to the very thin cement sheath in at least three places, these bone cements have to meet very high material requirements.
  • the cements which have a high addition of acrylic acid fiber are preferably suitable for this, so that they have a high resistance to bending and torsion.
  • the prepolymer used according to the invention consists of 5-50, preferably 15-45 and in particular 20-40 wt .-% fibrous
  • the weight ratio of prepolymer to onomeric components in the bone cement of the invention is 50:50 to 80:20, preferably 60:40 to 70:30.
  • the substances normally used for this purpose in bone cements are used as the polymerization catalyst, stabilizer and accelerator.
  • a specific example of a suitable catalyst is dibenzoyl peroxide, hydroquinone for a stabilizer and N, N'-dimethyl-p-toluidine for an accelerator.
  • the coaxial rotation in the compressed air-powered turbine of the bone cement syringe as described in patent application p 3425566.4, has preferably proven itself.
  • an antibiotic can also be added to the implant material according to the invention.
  • an admixture of gentamycin is preferred, with which very good results could be achieved.
  • the use of gentamycin in bone cement is per se known from DE-A-2o 22 117. Nevertheless, it was not obvious to use the aster-reinforced bone
  • OMPI cement gentamycin as each addition further.
  • Fillers must lead to a mechanical weakening of the cements and it was precisely the mechanical strength that was the objective of these fiber cements.
  • gentamycins up to 6 g to 40 g of cement powder does not lead to any significant changes in the material properties of the wedding duck of the invention. This can be explained by the high elastic properties of these substances.
  • gentamycin admixtures between 1 - 4 percent by weight did not result in any change in the mechanical parameters.
  • bone morphogenetic protein which can be obtained from the basic substance of animal bones
  • bone cement according to the invention can also be added to the bone cement according to the invention. This enables bioactivation of the bone cements in such a way that even small additions, homogeneously distributed in the cement, lead to a considerable acceleration of the bone ingrowth. Additions between 0.01 and 2% by weight do not lead to a change in the mechanical properties of the bone cement.
  • chemotherapeutically active substances such as cytostatics and also other antibiotics and antiseptics, and for example the hormone calcitonin. From the large number of antibiotics in question, mention should be made of those which are not damaged at the temperatures occurring during the polymerization: erythromycin, lyncomycin, clyndamycin, novobiocin, vancomycin, fusidic acid, rifampicin, polymycine, neomycin, kanamycin or also tobramycin.
  • Air pockets and polymerisation bubbles can be largely avoided by pre-compressing the cement.
  • the mixing of the bone cements can be improved by using coaxial rotation to improve the
  • the bone cements prepared in this way not only show significantly better material properties, but also have far fewer morphological blister inclusions. In suitable cases they can be used in industrial applications
  • 20 equivalent of the osteoblast, the bone-forming cell represents a 20 - 40 ⁇ m ball.
  • test specimens in the form of a cylinder.
  • the test specimens are produced under clinical conditions, with a short mixing phase being followed by a compression phase of approximately 1-2 minutes.
  • the production of test specimens is described in detail below using three examples.
  • 6 g of a commercially available polymethacrylic acid methyl ester bead polymer are mixed with 4 g chopped polymethacrylic acid methyl ester fibers with a thickness of 125 ⁇ m and an average fiber length of 4 mm and mixed with a wooden spatula in a plastic dish with 4 ml of monomeric methacrylic acid methyl ester. If the mixture is homogeneous, it is poured into a 5 ml disposable syringe, the pressure ram is pressed in with moderately strong pressure and placed in a pressure chamber. After closing the chamber, a pressure of 5 bar is applied for 2 minutes using a compressed gas. After dismantling • the pressure allowing the cement sample in the syringe cure at room temperature.
  • the cement sample is allowed to harden at room temperature.
  • Bead polymers are mixed with 3 g of chopped polymethacrylic acid methyl ester fibers with a thickness of 125 ⁇ m and a length of 5-15 mm and added to 4 ml of monomeric methyl methacrylic acid. This mixture is stirred in a 20 ml disposable syringe until homogeneous (approx. 1 min.) And the contents are then pressed into a 5 ml disposable syringe after the syringe opening has been widened. The 5 ml disposable syringe is then placed in a pressure chamber and a pressure of 5 bar is applied. The compression phase is approximately 2 minutes. After the pressure has been released, the cement sample is allowed to harden in the syringe.
  • the results of the bending tests show strength values for the bone cement described in claim 1 which are far above those of the bone cements available on the market.
  • a strength value of 1187 kg / cm 2 is achieved in the bending test with the bone cement produced in Example 3. This value is shown graphically in FIG. 1 in comparison with the bending strengths of known bone cements.
  • the peak values achieved with the bone cements of the invention come close to the flexural strength of pure Plexiglas.

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Abstract

A bone cement which is made of a mixture of polyacrylic acid-ester- and/or polymethacrylic acid-ester "prepolymers", monomeric acrylic acid- and/or methacrylic-acid derivatives, a polymerization catalyst and if necessary a stabilizer and an accelerator, as well as a process for its production and use. In the bone cement, the prepolymer is a mixture of 5 - 50% by weight of polyacrylate- and/or polymethacrylate fibres having a length of from 2 mm up to 15 mm and a thickness of 50 - 750 mum, and 50 - 95% by weight polyacrylic acid ester- and/or polymethacrylic acid ester perlpolymerisate from polymer spheres measuring 1 - 140 %g(m)m.

Description

Knochenzement und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen Knochenzement auf der Basis von poly eren Acryl- und -Sfethacrylsäureester, der insbesondere als Knochenersatz-, Knochen¬ verbund- und Prothesenverankerungsmaterial Verwendung finden kann.Bone cement and process for its production The invention relates to a bone cement based on polymeric acrylic and methacrylic acid esters, which can be used in particular as bone replacement, bone composite and prosthesis anchoring material.
Bekannte Knochenzemente bestehen aus einer polymeren Komponente (Acrylsäureester- oder Methacrylsäureester-"Präpolymerisat" , das in Form von Kügelchen vorliegt und als "Kugelpolymerisat" oder "Perlpolymerisat" bezeichnet wird) einem monαneren Acryl- oder eth- acrylsäurederivat,z.B. Methacrylsäuremethylester , einem Polymerisationskatalysator und ggf . einem Stabilisator und einem Beschleuniger. Zum Gebrauch werden die Kompo¬ nenten homogen vermischt und in geeigneter Weise , z .B . mittels einer Zementspritze an den Applikationsort ge¬ bracht. Die monomere Komponente härtet durch Polymeri¬ sation und umschließt dabei das Präpolymerisat/ so daß ein homogenes Polymergefüge entsteht.Known bone cements consist of a polymeric component (acrylic acid ester or methacrylic acid ester "prepolymer", which is in the form of beads and is referred to as "spherical polymer" or "bead polymer"), a monomeric acrylic or eth-acrylic acid derivative, e.g. Methyl methacrylate, a polymerization catalyst and, if necessary. a stabilizer and an accelerator. For use, the components are mixed homogeneously and in a suitable manner, e.g. brought to the application site by means of a cement syringe. The monomeric component hardens by polymerization and thereby encloses the prepolymer / so that a homogeneous polymer structure is formed.
Knochenzemente auf der Basis von Polyacrylsäureester sind nicht resorbierbar, sondern werden durch Einwachsen von körper¬ eigenem Gewebe in dieses eingebaut und fest umschlossen . Eine stabile Verbindung Implantat/Implantatlager ist nur durch eine Art Verblockung möglich . Eine Verbindung auf molekularer Ebene ist bislang weder bewiesen noch ge¬ zeigt worden. Unter biomechanisch günstigen Voraussetzung¬ en, d.h. , bei Vermeidung von Überlastungen der Grenzzone zwischen Implantat und Knochen r kommt es jedoch zum ge¬ schlossenen knöchernen Kontakt und damit zur Verblockung des Implantates im knöchernen Implantatlager des Patienten .Bone cements based on polyacrylic acid esters are not resorbable, but are built into the tissue by ingrowth of the body's own tissue and firmly enclosed. A stable connection between the implant and the implant bearing is only possible with a kind of blocking. A connection at the molecular level has so far not been proven or shown. Under biomechanically favorable conditions, ie, avoiding overloading of the border zone between implant and bone r , however, there is closed bony contact and thus the implant is blocked in the patient's bony implant bed.
Sehr häufig kommt es jedoch durch biomechanische Über¬ beanspruchung des Implantates , d.h . , durch auf das Implantat wirkende Biege- und Scherkräfte zur Ausbildung von Ober flächenver Schiebungen Implantat gegen Implantat lagerVery often, however, it occurs due to biomechanical overloading of the implant, i.e. , due to bending and shear forces acting on the implant to form surface displacements between implant and implant bearing
OMPI - 1 - l (Knochenoberfläche) , die zur Knochenresorption, den schnellen Knochenumbau von Lamellen in einen minder¬ wertigeren Geflechtknochen und schließlich zur Bildung einer straffen Bindegewebsscheide führen. Aufgrund derOMPI - 1 - 1 (bone surface), which leads to bone resorption, the rapid bone remodeling of lamellae into a lower quality braided bone and finally to the formation of a tight connective tissue sheath. Due to the
5 Überlastung des Interfaces durch Scher- und Biegebe¬ anspruchung können alle Stadien der Lockerung bis zur vollständigen Auslockerung des gesamten Implantates be¬ obachtet werden.5 Overloading of the interface due to shear and bending stresses can be observed at all stages of loosening up to the complete loosening of the entire implant.
0 Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Grenzfläche0 There was no lack of attempts at the interface
Implantat- Knochen durch verbesserte Implantationsmethoden (Impaktoren) zu vergrößern. Insbesondere wurde auch ver¬ sucht, durch Beimengung resorbierbaren Materials die angrenzende Oberfläche zum Implantatlager erheblich zu 5 vergrößern; vgl. DE-B-29 05 878. Ist durch Beimengung solcher Füller oder Füllsubstanzen die Oberflächenver¬ größerung in eindrucksvoller Weise zu verwirklichen und auch das Einwachsen von Knochen bis tief in das Implantat möglich und nachgewiesen worden, so bedeutet die Bei- . Q menqung von FüllSubstanzen auf der anderen Seite eineEnlarging implant bones through improved implantation methods (impactors). In particular, attempts have also been made to considerably enlarge the adjoining surface to the implant site by adding resorbable material; see. DE-B-29 05 878. If the addition of such fillers or filling substances is an impressive way of realizing the increase in surface area and if bone ingrowth deep into the implant has been possible and proven, then the addition means. Q quantity of filling substances on the other hand
Schwächung der mechanischen Festigkeiten dieser Knochen¬ zemente im Hinblick auf die Biegung und Verwringung der Prothesenzementscheide.The weakening of the mechanical strength of these bone cements with regard to the bending and curling of the prosthesis cement sheath.
5 Diese Schwächung der mechanischen Festigkeit der Knochen¬ zemente ist vor allem bei den Zementen besonders ausge¬ prägt, die wässrige Gele oder lösliche Füllstoffe dem Zement beimischen; vgl. DE-A-25 18 153 und J. Biomed. Mater. Res. Bd. 11 (1977), S. 373 - 394. 0This weakening of the mechanical strength of the bone cements is particularly pronounced in the case of the cements which add aqueous gels or soluble fillers to the cement; see. DE-A-25 18 153 and J. Biomed. Mater. Res. Vol. 11 (1977), pp. 373-394. 0
Allen diesen Knochenzementen fehlt letztendlich die erforderliche Stabilität,- um eine stabile Zementscheide um eine Prothesenkomponente zu bilden.Ultimately, all of these bone cements lack the stability required to form a stable cement sheath around a prosthetic component.
5 Dieser Nachteil wurde verschiedentlich mit der Schaffung von Faserzementen zu lösen versucht. So wurde beispiels¬ weise in derDE-A—2724814 durch Beimengung von verschieden langen Glasfasern die Biegefestigkeit der Knochenzemente ganz erheblich erhöht. Es zeigte sich jedoch, daß die Beimengung dieser Fasern zu sogenannten "Gitterphänomenen11 führte, indem sich die Fasern als Gitter dem Knochenlager anlegten und der Zementmatrix in die quer verankernden Poren des knöchernen Lagers folgten. Dies führte zu einer erheb- liehen Schwächung des Zementes in den für die Verankerung hauptsächlich notwendigen Querauflagen des Knochens. Auf der anderen Seite nahm die Mischbarkeit und Verarbeit- barkeit der Knochenzemente drastisch ab, so daß letzt¬ lich der Ausguß der Knochenhöhlen mit diesen Faserzementen der Primärapplikation von Keramikprothesen gleichkam.5 This disadvantage was different with the creation tried to solve by fiber cement. In DE-A-2724814, for example, the bending strength of the bone cements was increased considerably by adding glass fibers of different lengths. However, it was found that the addition of these fibers led to so-called "lattice phenomena 11 " in that the fibers lay as a lattice against the bone bed and followed the cement matrix into the transverse anchoring pores of the bony bed. This led to a considerable weakening of the cement in On the other hand, the miscibility and processability of the bone cements decreased drastically, so that ultimately the pouring of the bone cavities with these fiber cements was equivalent to the primary application of ceramic prostheses.
Die plastische Querverankerung der Knochenzemente war un¬ zureichend. Auch die in der EP-A—6414 beschriebene FaserverStärkung mit Kohle- • fasern zeigte dieselben Ergebnisse und war aus diesem . Grunde für den klinischen Einsatz nicht zu gebrauchen.The plastic cross anchoring of the bone cements was insufficient. The fiber reinforcement with carbon fibers described in EP-A-6414 • also showed the same results and was from this. Reason not to be used for clinical use.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Knochen¬ zement der eingangs genannten Art bereitzustellen, der sowohl eine große Oberfläche zum Implantatlager schafft, als auch auf der anderen Seite eine genügende mechanische Festigkeit um eine geschlossene Zementscheide um die Prothesenkomponente bildet. __ _The invention is based on the object of providing a bone cement of the type mentioned at the outset, which both creates a large surface area for the implant bearing and, on the other hand, forms sufficient mechanical strength around a closed cement sheath around the prosthesis component. __ _
Diese Aufgabe wurde durch den überraschenden Befund ge- löst, daß man durch Ersatz eines Teiles des Kugelpoly¬ merisates durch Acrylsäureester- und/oder M≥t-hacrylsäureesterfasern bestimmter Länge und Dicke, ohne die Mischbarkeit des Zementes wesentlich zu verändern, eine erheblich höhere mechanische Stabilität erreichen kann. - -This problem was solved by the surprising finding that by replacing part of the spherical polymer with acrylic ester and / or M≥t-acrylic ester fibers of a certain length and thickness, without significantly changing the miscibility of the cement, a significantly higher mechanical one Can achieve stability. - -
1 Das Verhalten des Perlpolymerisates während der Poly¬ merisation der im Handel befindlichen Knochenzemente hat nämlich gezeigt , daß die Kugel zwar morphologisch wertvoller Bestandteil als formbildendes Element für1 The behavior of the bead polymer during the polymerization of the commercially available bone cements has shown that the ball is a morphologically valuable component as a form-forming element for
5 die knochenbildende Zelle ist , daß sie aber für den5 is the bone-forming cell, but that for the
Matrixverbund des Knochenzementes eine denkbar ungünstige Konfiguration hat .Matrix composite of the bone cement has an extremely unfavorable configuration.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Knochenzement , 0 bestehend aus einem Gemisch aus Polyacrylsäureeste--?- und/oder Poly- methacrylsäureester-Prä-polymerisaten, onomeren Acrylsäure- und oder Methacryl säurederivaten , einem Polymerisationskata¬ lysator und ggf . einem Stabilisator und einem Beschleuni¬ ger, der dadurch gekennzeichnet ist , daß das Präpolymerisat 5 ein Gemisch aus 5 - 50 Gew-% Polyacrylsäureester- und/oder Polymeth- acrylsäureesterf asern mit einer Länge über 2 irm bis zu 15 mm und einer Dicke von 50 - 750 μm, und 50 bis 95 Gew. -% Polyacrylsäureester- und/oder Polymethacrylsäureester-Kugelpolymerisat aus Polymerkugeln der Größe 1 - 140 μm darstellt. 0The invention thus relates to a bone cement consisting of a mixture of polyacrylic acid esters and / or polymethacrylic acid ester prepolymers, monomeric acrylic acid and or methacrylic acid derivatives, a polymerization catalyst and possibly. a stabilizer and an accelerator, which is characterized in that the prepolymer 5 is a mixture of 5-50% by weight of polyacrylic acid ester and / or polymethacrylic acid ester fibers with a length of more than 2 mm up to 15 mm and a thickness of 50 - 750 microns, and 50 to 95 wt .-% polyacrylic ester and / or polymethacrylic acid ester spherical polymer from polymer spheres of size 1 - 140 microns represents. 0
Menge und Größe des Faserersatzes des Perlpolymerisates bestimmen Misch- und Implantationsverhalten der Knochen¬ zemente. Bei genau definierter Teilchengröße können alle Anforderungen bezüglich der Kurzzeit- als auch der ^ Langzeitstabilität erreicht werden .The amount and size of the fiber replacement of the bead polymer determine the mixing and implantation behavior of the bone cements. With a precisely defined particle size, all requirements regarding short-term and long-term stability can be met.
Diese Knochenzemente haben darüberhinaus den Vorteil , daß sie durch die stark verbesserten mechanischen Ma¬ terialeigenschaften vorzugsweise dafür geeignet sind , 0 durch Zusatz von resorbierbaren Füllern , wie dies in der DE-B-29 05 878 beschrieben ist , zu erheblicher Oberflächenvergrößerung in der Grenzzone beizutragen .These bone cements furthermore have the advantage that they material characteristics by the strongly improved mechanical Ma¬ are preferably suitable for the stage 0 by the addition of resorbable fillers, as described in DE-B-29 05878 to considerable increase in surface area in the border zone .
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung von -Poly- 5 acrylsäureester- und/oder Poly ethacrylsäureester in Form von Fasern mit. einer Länge über 2 mm bis 15 mm und einer Dicke vonThe invention also relates to the use of -poly- 5 acrylic acid ester and / or poly ethacrylic acid ester in the form of fibers with. a length of more than 2 mm to 15 mm and a thickness of
_ OMPI 50 - 750 μm monofil oder zu Geweben vernetzt in Knochen¬ zementen auf der Basis von Polyacrylsäureester und die Ver¬ wendung dieses Knochenzements bei der Behandlung von Knochendefekten ._ OMPI 50 - 750 μm monofilament or cross-linked to tissues in bone cements based on polyacrylic acid esters and the use of this bone cement in the treatment of bone defects.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des Knochenzementes nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man 5 - 50 Gew.-% Polyacrylsäureester und/oder Polymethacrylsäureesterfasern mit einer Länge über 2 mm bis 15 mm und einer Dicke von 50 - 750 μm monofil oder als zu Geweben vernetzt zusammen mit 50 - 95 Gew.-% Polyacrylsäureester und/oder Polyπethacrylsäureester-Kugelpoly- erisat aus Polymerkugeln der Größe 1 - 140 μm den onomeren Acrylsäure- und/oder Methacrylsäurederivaten zusetzt und die Masse zusammen mit einem Polymerisations¬ katalysator und ggf. einem Stabilisator und einem Beschleuniger gleichmäßig vermischt.The invention further relates to a method for producing the bone cement according to claim 1, characterized in that 5-50% by weight of polyacrylic acid ester and / or polymethacrylic acid ester fiber with a length of more than 2 mm to 15 mm and a thickness of 50 - 750 μm are monofilament or as crosslinked to form fabrics, together with 50-95% by weight of polyacrylic acid ester and / or poly-methacrylic acid ester ball polymer made from polymer balls of size 1 - 140 μm, add the onomeric acrylic acid and / or methacrylic acid derivatives and the mass together with a polymerization catalyst and if necessary, a stabilizer and an accelerator mixed evenly.
In' einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Mischen der Komponenten durch koaxiale Rotation beschleunigt und verbessert und das Auftreten von Mono- merblasen durch Vorkomprimierung des Knochenzements während der ersten Zeit der Polymerisation mit Drücken von etwa 1 - 20 bar, vorzugsweise 5 — 6 bar, in Ab— hängigkeit von der Viskosität des Knochenzements ver¬ hindert.In a preferred embodiment of the method, the mixing of the components is accelerated and improved by coaxial rotation and the occurrence of monomer bubbles by pre-compression of the bone cement during the first time of the polymerization with pressures of about 1 to 20 bar, preferably 5 to 6 bar. as a function of the viscosity of the bone cement.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Implantations¬ materialien liegt darin, daß durch Ersatz des Kugelpoly- merisates das Material als solches nicht verändet wird, so daß lediglich eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften resultiert.The particular advantage of the implantation materials according to the invention is that the material as such is not changed by replacing the spherical polymer, so that only an improvement in the mechanical properties results.
In vorliegender Erfindung werden faserförmige Polymerisate von Acryl- und/oder Methacrylsäureestern eingesetzt, wie - t - sie in der Lichtleiterindustrie Verwendung finden.In the present invention, fibrous polymers of acrylic and / or methacrylic acid esters are used, such as - t - they are used in the light guide industry.
Auch Copolymerisate aus Acryl- und Methacrylsäureestern können verwendet werden. Bevorzugt sind Methacrylsäureirethylester Polymerisate. Diese Materialien sind an sich bekannt und können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Im wesentlichen sind dies Extrudierverfahren, wobei in Fäl¬ lungsbädern die Fäden gesponnen und auf Spulen aufgerollt werden. Die Fäden werden in allen Dicken mit verschiedenen Polymeren und Copolymeren gefertigt und sind im Handel erhältlich. Diese Fäden werden auf Rollen als Kilometer¬ ware geliefert. Sie können anschließend in Häcksel¬ maschinen auf die gewünschte Länge zerkleinert und in Infraschallrüttelmaschinen mit dem Polymerpulver gemischt werden.Copolymers of acrylic and methacrylic acid esters can also be used. Ethyl methacrylate polymers are preferred. These materials are known per se and can be produced by known processes. These are essentially extrusion processes, the threads being spun in precipitation baths and being rolled up on bobbins. The threads are made in all thicknesses with various polymers and copolymers and are commercially available. These threads are delivered on rolls as kilometer goods. They can then be chopped to the desired length in chopping machines and mixed with the polymer powder in infrasonic vibrators.
Das Beimengen von Fasern zum Kugelpolymerisat, die aus demselben "Material bestehen hat den besonderen Vorteil, wie sich gezeigt hat, daß eine optimale Benetzung der präpolymeren Bestandteile gegeben ist, wie dies bei Fremdfasern, Kohlefasern oder auch Glasfasern nicht beobachtet werden konnte. Aufgrund der annähernd gleichen chemischen Struktur aller Bestand¬ teile kommt es zu einem dauerhaften und materialbe¬ ständigen Verbund, der sich weder selbst zerstört, noch inkohärent und anisotrop verhält r wie dies bei Fremdfaserverbunden nachgewiesen werden konnte.The addition of fibers to the spherical polymer, which consist of the same "material, has the particular advantage that it has been shown that there is an optimal wetting of the prepolymer components, as could not be observed with foreign fibers, carbon fibers or glass fibers. Because of the approximately same chemical structure of all Bestand¬ parts there will be a lasting and permanent materialbe¬ composite that is neither self-destructs, still incoherent and anisotropic behavior r as was demonstrated in foreign fiber composites.
Die negativen Eigenschaften von Fremdfaserbeimengungen konnten bei diesen isogenen Materialien nicht beobachtet werden.The negative properties of foreign fiber admixtures could not be observed with these isogenic materials.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß eine Materialverstärkung bei einem dennoch homogenen und in seinem mechanischen Verhalten gleichartig reagier- enden Verbundmaterial erreicht wird. Auch dies konnteAn important advantage of the present invention is that a material reinforcement is achieved with a composite material which is nevertheless homogeneous and which reacts in the same way in its mechanical behavior. This too could
' O PI
Figure imgf000009_0001
durch die vorliegende Erfindung überraschenderweise vor¬ teilhaft gelöst werden. Die Vermischung des Perlpoly¬ merisates mit faserför igen Polyacrylsäureester- oder - ethacrylsäure- ester führt nämlich zu einer vollständigen Benetzung dieser Be- standteile durch das flüssige Monomer . Fülldefekte und Lufteinschlüsse treten in weit geringerem Maße auf , als dies bei den Fremdfaserbeimischungen beobachtet werden konnte .
'O PI
Figure imgf000009_0001
surprisingly be solved advantageously by the present invention. The mixing of the bead polymer with fibrous polyacrylic acid ester or - ethacrylic acid ester leads to complete wetting of these components by the liquid monomer. Filling defects and air pockets occur to a far lesser extent than was observed with the foreign fiber admixtures.
Es ist nun zwar in der DE-B-29 05 878 erwähnt, daß in dem dort beschriebenen Knochenzement Präpolymerisate bevorzugt werden, die in unregelmäßiger Granulatform oder als Schuppen oder als fadenförmige Zylinder vorliegen. Diese fadenförmigen Zylinder sollten eine Länge von 1 *- 2 mm nicht überschreiten. Die Verwendung eines Gemisches aus Präpolymerisaten " mit verschiede¬ ner äußerer Form, z.B. aus Kugelpolymerisat und faserförmi- gem Polymerisat, wird in der DE-B-2905878 nicht .gelehrt.It is now mentioned in DE-B-29 05 878 that prepolymers are preferred in the bone cement described there, which are present in irregular granulate form or as scales or as a thread-like cylinder. These filiform cylinders should not exceed a length of 1 * - 2 mm. The use of a mixture of prepolymers "with verschiede¬ ner outer shape, for example, from Kugelpolymerisat and faserförmi- according polymer is not .gelehrt in DE-B-2,905,878th
Es hat sich nun gezeigt, daß eine Fadenlänge von 2 mm keine Zunahme der Biegefestigkeit und der Torsionsfestig¬ keit der Knochenzemente bewirkt. Gegenüber diesen kurzen, fadenförmigen Zylindern führen Polymerkugeln zur dichteren Kugelpackung, so daß im Gegenteil eine Abnahme der me¬ chanischen Festigkeit, insbesondere der Biegefestigkeit, festgestellt werden konnte. Es wurde darüberhinaus in Versuchen festgestellt, daß ein reines Fadenpolymerisat eine drastische Verschlechterung der Mischbarkeit und der Applikationsfähigkeit der Knochenzemente nach sich zieht, und bei biologischen Untersuchungen wurde gefunden, daß das Perlpolymerisat gegenüber dem Fadenpoiymerisat die besseren formbildenden Eigenschaften gegenüber den Osteoblasten, den knochenbildenden Zellen, an den Tag legt. Der mit der Erfindung angestrebte Erfolg tritt nur bei der Verwendung eines Gemisches aus Kugelpolymerisat und Faserzusätzen ein, wobei die Wirksamkeit der Faserbeimengungen erst bei - β ~ einer Mindestlänge von über 2 mm beginnt und eine optimale Materialeigenschaft zwischen 3 und 8 mm, insbesondere etwa 3-4 mm Faserlänge, bei einer Dicke von 100 bis 300, insbesondere etwa 200 μm, erreicht wird. Durch Variation des Gemisches können alle möglichen Mischbarkeiten und Applikationsarten von Knochenzementen in engemIt has now been shown that a thread length of 2 mm does not increase the bending strength and the torsional strength of the bone cements. Compared to these short, thread-like cylinders, polymer balls lead to a denser ball packing, so that, on the contrary, a decrease in the mechanical strength, in particular the bending strength, was found. It has also been found in experiments that a pure thread polymer leads to a drastic deterioration in the miscibility and applicability of the bone cements, and in biological studies it was found that the bead polymer compared to the thread polymer has the better shape-forming properties compared to the osteoblasts, the bone-forming cells. shows. The success sought with the invention occurs only when a mixture of spherical polymer and fiber additives is used, the effectiveness of the fiber admixtures only - β ~ begins mm a minimum length of about 2 and an optimal material property 3-8 mm, particularly about 3-4 mm fiber length, at a thickness of 100 to 300, especially approximately 200 μ m, is achieved. By varying the mixture, all possible miscibilities and types of application of bone cement can be narrow
Zusammenhang mit ihren Festigkeitseigenschaften festgelegt und zusa engestellt werden. Die Polymerkugeln des Kugelpolymerisates haben eine Größe von 1 - 140 μm, vorzugsweise von 10 - 100 μm.Connection with their strength properties are determined and put together. The polymer spheres of the spherical polymer have a size of 1 to 140 μm, preferably 10 to 100 μm.
Diese Variabilität in der Herstellung von KnochenZementen hat insbesondere bei der heute geübten Praxis, bei der verschiedene Verankerungsprinzipien der Prothesenkompo¬ nenten verfolgt werden, große Vorteile.This variability in the production of bone cements has great advantages, in particular in current practice, in which various anchoring principles of the prosthetic components are followed.
Bei den konventionellen Gelenkersatzkomponenten werden die Prothesenkomponenten mit dem Knochenzement im Knochen verankert, d.h.., die Gelenkkomponenten sind vollständig von Knochenzement umgeben und dieser verankert sie über eine große Oberfläche im knöchernen Lager. Nun wurden in den letzten Jahren auch Prothesenkomponenten entwickelt, die sich alleine, ohne Beimengung von Knochenzement, im. implantatlager verblocken. Diese sogegannten selbstver- blockenden oder auch Geradschaftprothesen kommen dennoch nicht ohne Anwendung von Knochenzementen aus, denn eine Verblockung im physiologisch gekrümmten Fe ur beispiels- weise, ist nur an z.wei bzw. drei Punkten möglich, so daß nach wie vor eine Rotationsinstabilität bzw. eine In¬ stabilität in sagittaler Richtung zurückbleibt. Um dies zu verhindern, werden alle selbstverblockenden Gerad¬ schaftprothesen vorteilhaft mit Knochenz.ement im knöchernen Lager verblockt. Aufgrund der zumindest an drei Stellen sehr dünnen Zementscheide müssen diese Knochenzemente sehr hohen Materialanforderungen genügen. Es eignen sich hier¬ zu vorzugsweise die Zemente, die einen hohen Acrylsäureester- faserzusatz haben, so daß sie über eine hohe Biege- und Torsionsfestigkeit verfügen.In the conventional joint replacement components, the prosthetic components are anchored in the bone with the bone cement, i.e. the joint components are completely surrounded by bone cement and this anchors them over a large surface in the bony bearing. In recent years, prosthetic components have also been developed that can be used on their own, without the addition of bone cement. block the implant bearing. However, these so-called self-locking or straight-stem prostheses cannot do without the use of bone cements, because blocking in a physiologically curved area, for example, is only possible at two or three points, so that rotational instability or an instability in the sagittal direction remains. In order to prevent this, all self-locking straight stem prostheses are advantageously blocked with bone cement in the bony bearing. Due to the very thin cement sheath in at least three places, these bone cements have to meet very high material requirements. The cements which have a high addition of acrylic acid fiber are preferably suitable for this, so that they have a high resistance to bending and torsion.
O PI ' Das erfindungsgemäß eingesetzte Präpolymerisat besteht zu 5-50, vorzugsweise 15-45 und insbesondere 20-40 Gew.-% aus fasrigerO PI ' The prepolymer used according to the invention consists of 5-50, preferably 15-45 and in particular 20-40 wt .-% fibrous
Koπponente. Das Gewichtsverhältnis von Präpolymerisat zu onomeren Komponenten beträgt im Knochenzemεnt der Erfindung 50 : 50 bis 80 : 20, vorzugsweise 60 : 40 bis 70 : 30. Als Polymerisations- katalysator, Stabilisator und Beschleuniger werden die üblicherweise zu diesem Zweck in Knochenzementen eingesetzten Stoffe verwendet. Ein spezielles Beispiel für einen geeigneten Katalysator ist Dibenzoyl- peroxid, für einen Stabilisator Hydrochinon und für einen Beschleuniger N, N'-Dimethyl-p-toluidin.Components. The weight ratio of prepolymer to onomeric components in the bone cement of the invention is 50:50 to 80:20, preferably 60:40 to 70:30. The substances normally used for this purpose in bone cements are used as the polymerization catalyst, stabilizer and accelerator. A specific example of a suitable catalyst is dibenzoyl peroxide, hydroquinone for a stabilizer and N, N'-dimethyl-p-toluidine for an accelerator.
Dem Knochenzement der Erfindung kann man 5 bis 35 Gew..-%, bezogen auf die Masse des Präpolymerisates und der Monomeren, resorbierbares Tricalciumphosphat mit einer Teilchengrδße zwischen 50 und 300 μm und einem verfügbaren Porenvolumen von weniger als 0,1 ml/g zusetzen. Die Art des verwend-- baren Tricalciumphosphates und die dadurch erzielte Wirkung sind in der DE-B-29 o5 878 beschrieben.5 to 35% by weight, based on the mass of the prepolymer and the monomers, of resorbable tricalcium phosphate with a particle size between 50 and 300 μm and an available pore volume of less than 0.1 ml / g can be added to the bone cement of the invention. The type of tricalcium phosphate that can be used and the resultant effect are described in DE-B-29 05 878.
Zur schnellen Benetzung des Präpolymerisates, welches aus Fasern und Perlen besteht, hat sich vorzugsweise die koaxiale Rotation in der druckluftbetriebenen Turbine der Knochenzementspritze, wie sie in der Patentanmeldung p3425566.4 beschrieben ist, bewährt.For rapid wetting of the prepolymer, which consists of fibers and beads, the coaxial rotation in the compressed air-powered turbine of the bone cement syringe, as described in patent application p 3425566.4, has preferably proven itself.
Zur Vermeidung von Infektionen des Implantates und des Implantatlagers, die auch durch sorgfältig aseptisches Arbeiten nicht immer verhindert werden können, die meistens sogar durch hämatogene Ausbreitung stattfinden, da das Implantat die Keime der körpereigenen Abwehr entzieht, kann dem erfindungsgemäßen Implantationsmaterial auch ein Antibiotikum beigemischt werden. Insbesondere ist eine Beimischung von Gentamycin bevorzugt, mit dem sehr gute Ergebnisse erreicht werden konnten. Die Ver¬ wendung von Gentamycin in Knochenzement ist an sich u.a. aus der DE-A-2o 22 117 bekannt. Trotzdem war es nicht nahe¬ liegend, dem erfindungsgemäßen, aserverstärkten Knochen-In order to avoid infections of the implant and the implant site, which cannot always be prevented even by careful aseptic work, which usually take place even by hematogenous spread, since the implant removes the germs from the body's own defense, an antibiotic can also be added to the implant material according to the invention. In particular, an admixture of gentamycin is preferred, with which very good results could be achieved. The use of gentamycin in bone cement is per se known from DE-A-2o 22 117. Nevertheless, it was not obvious to use the aster-reinforced bone
OMPI zement Gentamycin beizumischen, da jede Beimengung weiterer. Füllstoffe, wie der Literatur zu entnehmen ist, zu einer mechanischen Schwächung der Zemente führen muß und gerade die mechanische Festigkeit Zielsetzung dieser Faserzemente war. Es wurde aber festgestellt, daß der Zusatz von Genta- mycine bis zu 6 g auf 40 g Zementpulver zu keinen wesentlichen Verän¬ derungen der Materialeigenschaften der Ehochenze ente der Erfindung führt. Dies ist durch die hohen elastischen Eigenschaften dieser-Sub¬ stanzen zu erklären. Insbesondere führten Gentamycinbei- mengungen zwischen 1 - 4 Gewichtsprozent zu keinerlei Veränderung der mechanischen Parameter.OMPI cement gentamycin, as each addition further. Fillers, as can be seen from the literature, must lead to a mechanical weakening of the cements and it was precisely the mechanical strength that was the objective of these fiber cements. However, it was found that the addition of gentamycins up to 6 g to 40 g of cement powder does not lead to any significant changes in the material properties of the wedding duck of the invention. This can be explained by the high elastic properties of these substances. In particular, gentamycin admixtures between 1 - 4 percent by weight did not result in any change in the mechanical parameters.
Dem erfindungsgemäßen Knochenzement können auch andere Stoffe, wie "Bone Morphogenetic Protein" zugesetzt werden, das aus Grundsubstanz von tierischen Knochen gewonnen werden kann. Dadurch läßt sich eine Bioaktivierung der Knochenzemente erreichen, dergestalt, daß schon geringe Zusätze,homogen im Zement verteilt, zu einer beträchtlichen Beschleunigung des Knocheneinwuchses führen. Beimengungen zwischen 0,01 und 2 Gew.-% führen dabei nicht zur Ver¬ änderung der mechanischen Eigenschaften des Knochenzements.Other substances, such as "bone morphogenetic protein", which can be obtained from the basic substance of animal bones, can also be added to the bone cement according to the invention. This enables bioactivation of the bone cements in such a way that even small additions, homogeneously distributed in the cement, lead to a considerable acceleration of the bone ingrowth. Additions between 0.01 and 2% by weight do not lead to a change in the mechanical properties of the bone cement.
Als weitere Zusätze kommen alle möglichen chemothera¬ peutisch wirksamen Substanzen, wie Zytostatika und auch andere Antibiotika und Antiseptika in Frage und z..B, auch das Hormon Calcitonin. Aus der Vielzahl der in Frage kommenden Antibiotika seien alle die erwähnt, die bei den bei der Polymerisation auftretenden Temperaturen nicht geschädigt werden: Erythromycin, Lyncomycin, Clyndamycin, Novobiocin, Vancomycin, Fusidinsäure, Rifampicin, Poly- mycine, Neomycin, Kanamycin oder auch Tobramycin.Further possible additives are all possible chemotherapeutically active substances, such as cytostatics and also other antibiotics and antiseptics, and for example the hormone calcitonin. From the large number of antibiotics in question, mention should be made of those which are not damaged at the temperatures occurring during the polymerization: erythromycin, lyncomycin, clyndamycin, novobiocin, vancomycin, fusidic acid, rifampicin, polymycine, neomycin, kanamycin or also tobramycin.
Lufteinschlüsse und auch Polymerisationsblasen können durch Vorkomprimierung des Zements weitgehend vermieden werden. Die Vermischung der Knochenzemente kann dadurch verbessert werden, daß durch koaxiale Rotation eine wesentlich bes-Air pockets and polymerisation bubbles can be largely avoided by pre-compressing the cement. The mixing of the bone cements can be improved by using coaxial rotation to improve the
O PI - II - sere Benetzung des Präpolymerisates erreicht wird. Wird diese Rotation vor der Vorkomprimierung durchgeführt, so kann durch geeignete Entlüftungslöcher in der Spritzen¬ kartusche, wie diese in der Patentanmeldung P 3425566.4 beschrieben sind, die eingeschlossene Luft im Zementge¬ misch vollständig entfernt werden. Dem Mischen schließt sich dann die Vorkomprimierung mit Drücken von 1 bis 20, vorzugsweise 5 bis 6 bar an. Nach der 4. Minute nach Beginn des Mischens werden die Zemente dann nach Abbau des Drucks mit langsamO PI - II - Serious wetting of the prepolymer is achieved. If this rotation is carried out before the pre-compression, the enclosed air in the cement mixture can be completely removed through suitable ventilation holes in the syringe cartridge, as described in patent application P 3425566.4. The mixing is then precompressed with pressures of 1 to 20, preferably 5 to 6, bar. After the 4th minute after the start of mixing, the cements become slow after releasing the pressure
1 steigendem Kolbendruck in das Implantatlager appliziert. Die auf diese Weise vorbereiteten Knochenzemente zeigen nicht nur wesentlich bessere Materialeigenschaften, sondern weisen morphologisch auch weit weniger Blaseneinschlüsse auf. In geeigneten Fällen können sie dem industriellen 1 increasing piston pressure applied to the implant site. The bone cements prepared in this way not only show significantly better material properties, but also have far fewer morphological blister inclusions. In suitable cases they can be used in industrial applications
-~ ° Plexiglas ähnlich sein.- ~ ° be similar to plexiglass.
Durch vorliegende Erfindung konnte gezeigt werden, daß nur eine Mischung aus Perϊpolymeren mit Faserpolymeren biologisch aktiv wirksam werden kann, da das morphologischeBy the present invention it could be shown that only a mixture of perϊpolymers with fiber polymers can be biologically active, since the morphological
20 Äquivalent des Osteoblasten, der knochenbildenden Zelle, eine 20 - 40 μm große Kugel darstellt. Durch teilweises Vernetzen der Polymerfasern zu Gewebsstücken mit einer Faserlänge zwischen 2 und 15mm kann die Scherfestigkeit und Verwringungsfestigkeit der Knochenzemente ganz er- 20 equivalent of the osteoblast, the bone-forming cell, represents a 20 - 40 μm ball. By partially cross-linking the polymer fibers to pieces of tissue with a fiber length between 2 and 15 mm, the shear strength and torsional strength of the bone cements can be completely
2° heblich verbessert werden,- eine Materialeigenschaft, die für die Beanspruchung des Zementköchers von ganz ent¬ scheidender Bedeutung ist. Dies zeigt sich aus den Er¬ gebnissen des nachstehend beschriebenen Biegeversuches. 2 ° are significantly improved, a material property which is of crucial importance for the stress on the cement quiver. This is evident from the results of the bending test described below.
3030
3535
Figure imgf000013_0001
- II - Zur Durchführung des Biegeversuches werden aus dem Knochen- . zement der Erfindung genormte Probekörper in Form eines Zylinders hergestellt. Die Herstellung der Probekörper erfolgt unter klinischen Bedingungen, wobei sich an eine kurze Mischphase eine Kom¬ primierungsphase von ca. 1-2 Minuten anschließt. Die Herstellung von Probekörpern wird nachfolgend anhand dreier Beispiele im Detail beschrieben.
Figure imgf000013_0001
- II - To carry out the bending test, the bone. Cement of the invention standardized test specimen in the form of a cylinder. The test specimens are produced under clinical conditions, with a short mixing phase being followed by a compression phase of approximately 1-2 minutes. The production of test specimens is described in detail below using three examples.
Beispiel 1 :Example 1 :
6 g eines handelsüblichen Polymethacrylsäuremethylester- Perlpolymerisats werden mit 4 g gehäckselte Polymethacryl- säuremethylester-Fasern mit einer Dicke von 125-μm und einer durchschnittlichen Faserlänge von 4 mm vermischt und mit einem Holzspatel in einer Kunststoff schale mit 4 ml monomerem Methacrylsäuremethylester verrührt. Ist die Mischung homogen, wird sie in eine 5 ml Einwegspritze um¬ gefüllt, der Druckstempel mit mäßig starkem Druck hinein- gedrückt und in eine Druckkammer gestellt. Nach Verschlie¬ ßen der Kammer wird mittels eines komprimierten Gases ein Druck von 5 bar während 2 Minuten angelegt. Nach Abbau des Druckes läßt man die Zementprobe in der Spritze bei Raumtemperatur aushärten.6 g of a commercially available polymethacrylic acid methyl ester bead polymer are mixed with 4 g chopped polymethacrylic acid methyl ester fibers with a thickness of 125 μm and an average fiber length of 4 mm and mixed with a wooden spatula in a plastic dish with 4 ml of monomeric methacrylic acid methyl ester. If the mixture is homogeneous, it is poured into a 5 ml disposable syringe, the pressure ram is pressed in with moderately strong pressure and placed in a pressure chamber. After closing the chamber, a pressure of 5 bar is applied for 2 minutes using a compressed gas. After dismantling the pressure allowing the cement sample in the syringe cure at room temperature.
Beispiel 2:Example 2:
8 g eines handelsüblichen Polymethacrylsäuremethylester- Perlpolymerisats werden mit 2 g Polyπrethacrylsäuremethyl- ester-Fasern (Dicke 125 μm, Länge 30 - 40 mm) vermischt und dann zu 5 ml monomerem Methacrylsäuremethylester gegeben. Die Mischung wird anschließend in einer Kunststoffschale mit einem Holzspatel solange verrührt, bis eine aus¬ reichende Homogenität erlangt wird. Dann füllt man die Mischung in eine 5 ml Einwegspritze um, drückt den Druck¬ stempel hinein und beaufschlagt die Spritze in einer Druckkammer während 2 Minuten mit einem Druck von 5 bar.8 g of a commercially available polymethacrylic acid methyl ester bead polymer are mixed with 2 g of polyπrethacrylic acid methyl ester fibers (thickness 125 μm, length 30-40 mm) and then added to 5 ml of monomeric methyl methacrylic acid. The mixture is then stirred in a plastic bowl with a wooden spatula until sufficient homogeneity is achieved. The mixture is then poured into a 5 ml disposable syringe, the pressure ram is pressed in and the syringe is pressurized to 5 bar in a pressure chamber for 2 minutes.
~" - II - Nach Beendigung der Kompressionsphase läßt man die Zement- - probe bei Zimmertemperatur aushärten. ~ " - II - After the compression phase has ended, the cement sample is allowed to harden at room temperature.
Beispiel 3;Example 3;
7 g eines handelsbülichen Polymethacrylsäuremethylester-7 g of a commercially available polymethacrylic acid methyl ester
Perlpolymerisats werden mit 3 g gehäckselte Polymethacryl- säuremethylester-Fasern mit einer Dicke von 125 μm und einer Länge von 5 - 15 mm vermischt und zu 4 ml monomerem Methacrylsäuremethylester gegeben. Diese Mischung wird in einer 20 ml Einwegspritze bis zur Homogenität verrührt (ca. 1 Min.) und der Inhalt dann nach Erweiterung der Spritzenöffnung in eine 5 ml Einwegspritze gepreßt. Die 5 ml Einwegspritze stellt man dann in. eine Druckkammer und legt einen Druck von 5 bar an. Die Kömpressionsphase be¬ trägt ca. 2 Minuten. Nach Abbau des Druckes läßt man die Zementprobe in der Spritze aushärten.Bead polymers are mixed with 3 g of chopped polymethacrylic acid methyl ester fibers with a thickness of 125 μm and a length of 5-15 mm and added to 4 ml of monomeric methyl methacrylic acid. This mixture is stirred in a 20 ml disposable syringe until homogeneous (approx. 1 min.) And the contents are then pressed into a 5 ml disposable syringe after the syringe opening has been widened. The 5 ml disposable syringe is then placed in a pressure chamber and a pressure of 5 bar is applied. The compression phase is approximately 2 minutes. After the pressure has been released, the cement sample is allowed to harden in the syringe.
Die nach den oben beschriebenen Verfahren herstellten' Pro- bekörper werden mittels einer Unversalprüfmaschine auf BLegebeanspruchung untersucht, wobei darauf geachtet wurde, daß die Versuchsbedingungen bei allen Messungen exakt gleich waren.The methods described by the above-manufactured 'bekörper process are analyzed using a Unversalprüfmaschine on BLegebeanspruchung, taking care that the test conditions were exactly the same for all measurements.
Die Ergebnisse der Biegeversuche zeigen für den nach Anspruch 1 beschriebenen Knochenzement Festigkeitswerte, die weit über denen der im Handel befindlichen Knochen¬ zemente liegen. So wird mit dem in Beispiel 3 hergestellten Knochenzementen ein Festigkeitswert im Biegeversuch von 1187 kg/cm2 erreicht. In Figur 1 ist dieser Wert im Ver¬ gleich zu den Biegefestigkeiten bekannter Knochenzemente grafisch dargestellt. Die -mit den Knochenzementen der Er¬ findung erreichten Spitzenwerte kommen der Biegefestig¬ keit von reinem Plexiglas nahe.The results of the bending tests show strength values for the bone cement described in claim 1 which are far above those of the bone cements available on the market. A strength value of 1187 kg / cm 2 is achieved in the bending test with the bone cement produced in Example 3. This value is shown graphically in FIG. 1 in comparison with the bending strengths of known bone cements. The peak values achieved with the bone cements of the invention come close to the flexural strength of pure Plexiglas.
Das Mischverhalten des beschriebenen Zementes unterschei¬ det sich dagegen nicht von dem handelsüblicher Knochen¬ zemente. Die Verarbeitungs- und Härtungsphasen sind eben¬ falls vergleichbar. In contrast, the mixing behavior of the cement described does not differ from the commercially available bone cement. The processing and curing phases are also comparable.

Claims

ft ft
1010
1515
Patentansprüche :Claims:
2020th
. Knochenzement , bestehend aus einem Gemisch aus Polyacrylsäure¬ ester- und/oder Polyπethacrylsäureester-Präpoly erisaten, ono- meren Acrylsäure- und/oder Methacrylsäurederivaten , einem Polymerisationskatalysator und ggf . einem Stabi¬. Bone cement consisting of a mixture of polyacrylate and / or polyethacrylate prepolymers, monomeric acrylic and / or methacrylic acid derivatives, a polymerization catalyst and possibly a stabilizer
25 lisator und einem Beschleuniger, dadurch gekennzeichnet , daß das Präpolymerisat ein Gemisch aus 5 - 50 Gew.-% Polyacrylsäure¬ ester- und/oder Poly ethacrylsäureesterfasern mit einer Länge über 2 mm bis zu 15 mm und einer Dicke von 50 - 750 μm, und 50 bis 95 Gew.-% Polyacrylsäureester-und/oder Polymeth- 30 acrylsäureester-Kugelpolymerisat aus Polymerkugeln der25 lizer and an accelerator, characterized in that the prepolymer is a mixture of 5-50% by weight of polyacrylate and / or polyethacrylate fibers with a length of more than 2 mm up to 15 mm and a thickness of 50-750 μm, and 50 to 95% by weight of polyacrylic acid ester and / or polymeth 30 acrylic acid ester spherical polymer from polymer spheres
Größe 1 - 140 μm darstellt.Represents size 1 - 140 μm.
2. Knochenzement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Polyacrylsäureester- und/oder Polymethacrylsäureester- q fr fasern monofil oder zu Geweben vernetzt eingesetzt werden.2. Bone cement according to claim 1, characterized in that the polyacrylic esters and / or polymethacrylic esters are used for fibers monofilament or crosslinked to form tissues.
Figure imgf000016_0001
-£- 3. Knochenzement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zusätzlich ein pharmazeutischer Wirk¬ stoff enthalten ist.
Figure imgf000016_0001
- £ - 3. Bone cement according to claim 1 and 2, characterized gekenn¬ characterized in that a pharmaceutical active ingredient is additionally contained.
4. Knochenzement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirkstoff Gentamycin enthalten ist.4. Bone cement according to claim 3, characterized in that gentamycin is contained as the active ingredient.
5. Knochenzement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, "daß als Wirkstoff nur oder zusätzlich ein "Bone Morphogenetic Protein" enthalten ist.5. Bone cement according to claim 3, characterized in that " only or additionally a" bone morphogenetic protein "is contained as the active ingredient.
6. Knochenzement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß er zusätzlich 5 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Masse des Präpolymerisates und der Monomeren, resorbierbares Tricalciumphosphat mit einer Teilchen¬ größe zwischen 50 und 300 μm und einem verfügbaren Porenvolumen von weniger als 0,1 ml/g enthält.6. Bone cement according to claim 1 to 5, characterized gekenn¬ characterized in that it additionally 5 to 35 wt .-%, based on the mass of the prepolymer and the monomers, absorbable tricalcium phosphate with a particle size between 50 and 300 microns and an available Contains pore volume of less than 0.1 ml / g.
7. Verfahren zur Herstellung des Knochenzements nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß man 5-50 Gew.-%7. A method for producing the bone cement according to claim 1, characterized in that 5-50 wt .-%
Polyacrylsäureester- und/oder Polymethacrylsäuree_3terfasern mit einer Länge über 2 mm bis 15 um und einer Dicke von 50 - 750 μm monofil oder als zu Geweben vernetzt zusammen mit 50 - 95 Gew.-% Polyacryl- und/oder Polymethacrylsäureester-Kugel- 'polymerisat aus Polymerkugeln der Größe 1 - 140 μm den mono- meren Acrylsäure- und/oder Methacrylsäurederivaten zusetzt und die Masse zusammen mit einem Polymerisations¬ katalysator und ggf. einem Stabilisator und einem Beschleuniger gleichmäßig vermischt.Polyacrylic ester and / or polymethacrylic acid fibers with a length of more than 2 mm to 15 μm and a thickness of 50-750 μm monofilament or as crosslinked to form fabrics together with 50-95% by weight of polyacrylic and / or polymethacrylic acid ester spherical polymer Adds polymer balls of size 1 - 140 μm to the monomeric acrylic acid and / or methacrylic acid derivatives and uniformly mixes the mass together with a polymerization catalyst and possibly a stabilizer and an accelerator.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch vor dem Aushärten komprimiert und/oder koaxial schleudert.8. The method according to claim 7, characterized in that the mixture is compressed and / or coaxially flung before curing.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch unter einem Druck von etwa 1 - 20 bar - komprimiert .9. The method according to claim 8, characterized in that the mixture under a pressure of about 1 - 20 bar - compressed.
o . Verwendung von Polyacrylsäureester- und/oder Poly ethacrylsäure- ester in Form von Fasern mit einer Länge über 2 mm bis 15 mm und. einer Dicke von 50 - 750 μm monofil oder zu Geweben vernetzt in Knochenzementen auf der Basis von Poly- acrylaten .o. Use of polyacrylic acid ester and / or poly ethacrylic acid ester in the form of fibers with a length of more than 2 mm to 15 mm and. a thickness of 50 - 750 μm monofilament or cross-linked to tissue in bone cements based on polyacrylates.
1 . Verwendung des Knochenzements nach Anspruch 1 bis 6 bei der Behandlung von Knochendefekten . 1 . Use of the bone cement according to claims 1 to 6 in the treatment of bone defects.
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