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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine osteoinduktive und osteokonduktive
Zusammensetzung enthaltend demineralisierte fibröse Knochenelemente in Kombination
mit nichtfibrösen
Knochenelementen, die demineralisiert, teilweise demineralisiert
oder nicht demineralisiert sind. Die Erfindung betrifft insbesondere
demineralisierte fibröse
Knochenelemente mit einem relativ hohen Verhältnis von medianer Länge zu medianer Dicke
und einem relativ hohen Verhältnis
von Oberfläche
zu Volumen; demineralisierte, teilweise demineralisierte oder nicht
demineralisierte nichtfibröse
Knochenelemente, deren Form zwischen "vorwiegend unregelmäßig" bis "vorwiegend regelmäßig" liegt und die nicht mehr als 10 mm
in einer der meßbaren
Komponenten der Form zur Bestimmung der Größe, z.B. Höhe, Basis, Länge, Breite,
Durchmesser oder Radius, aufweisen; und eine volumenerhaltende osteoinduktive/osteokonduktive
Zusammensetzung, die solche fibrösen
und nichtfibrösen
Elemente in einem biokompatiblen flüssigen Träger enthält.
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Die
Verwendung von pulverisiertem exogenem Knochenwachstumsmaterial,
das beispielsweise aus demineralisierten allogenen oder xenogenen
Knochen gewonnen wurde, zur chirurgischen Reparatur oder Rekonstruktion
von defekten oder erkrankten Knochen ist bekannt. In dieser Hinsicht
sei auf die Offenbarungen in den US-Patentschriften Nr. 4,394,370,
4,440,750, 4,472,840, 4,485,097, 4,678,470, und 4,743,259; Bolander
et al., "The Use
of Demineralized Bone Matrix in the Repair of Segmental Defects", The Journal of
Bone and Joint Surgery, Band 68-A, Nr. 8, S. 1264–1273; Glowackie
et al., "Demineralized
Bone Implants",
Symposium on Horizons in Plastic Surgery, Band 12, Nr. 2; S. 233–241 (1985);
Gepstein et al., "Bridging
Large Defects in Bone by Demineralized Bone Matrix in the Form of
a Powder", The Journal
of Bone and Joint Surgery, Band 69-A, Nr. 7, S. 984–991 (1987);
Mellonig, "Decalcified
Freeze-Dried Bone Allograft as an Implant Material In Human Periodontal
Defects", The International
Journal of Periodontics and Restorative Dentistry, S. 41–45 (Juni
1984); Kaban et al., "Treatment
of Jaw Defects with Demineralized Bone Implants", Journal of Oral and Maxillofacial
Surgery, S. 623–626
(6. Juni 1989) und Todescan et al., "A Small Animal Model for Investigating Endosseous
Dental Implants: Effect of Graft Materials on Healing of Endosseous,
Porous-Surfaced Implants Placed in a Fresh Extraction Socket", The International
Journal of Oral & Maxillofacial
Implants, Band 2, Nr. 4, S. 217–223
(1987) verwiesen. Nach Kakincki et al., "Human bone matrix gelatin as a clinical
alloimplant", International
Orthopaedics, 9, S. 181–188
(1985) wurde eine dort als "bone
matrix gelatin" bezeichnete
wasserunlösliche
osteoinduktive/osteokonduktive Substanz, die durch Dekalzifizieren
(d.h. Demineralisieren) von Knochen erhalten worden war, erfolgreich
als Alloimplant zur Behandlung von Knochendefekten und anderen Erkrankungen
eingesetzt. Ein offensichtlich ähnliches
wasserunlöslichen
osteoinduktives/osteokonduktives Material, das als "decalcified bone
matrix" bezeichnet
wird, ist in McLaughlin et al., "Enhancement
of Bone Ingrowth by the Use of Bone Matrix as a Biologic Cement", Clinical Orthopaedics
and Related Research, Nr. 183, S. 255–261 (März 1984) offenbart. Die aus
dem Stand der Technik bekannten Produkte aus demineralisierten Knochen
haben sich jedoch für
Anwendungen, bei denen ein Knochenprodukt benötigt wird, bei dem das Volumen
der defekten Knochenstellen erhalten bleibt und das fest gepackt
werden kann, als unzureichend erwiesen. Eine osteoinduktive/osteokonduktive
Zusammensetzung, deren Kohäsivität und Volumen
erhalten bleibt und die erosionsstabil ist, wäre überaus wünschenswert.
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In
der US-A-5,314,476 wird eine aus fibrösen Knochenelementen, Knochenpulver
und einem biokompatiblen flüssigen
Träger
hergestellte Zusammensetzung offenbart.
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KURZE DARSTELLUNG DER
ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist die Bereitstellung einer bestimmten Menge an demineralisierten
fibrösen Knochenelementen,
einer bestimmten Menge an nichtfibrösen Knochenelementen, die demineralisiert,
teilweise demineralisiert oder nicht demineralisiert sind, wobei
wenigstens eine Dimension wesentlich größer ist als die Dicke der fibrösen Elemente,
und eine kohäsive
osteoinduktive/osteokonduktive Zusammensetzung, die die fibrösen und
nichtfibrösen
Elemente enthält.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer kohäsiven osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung, die dazu in der Lage ist, Blut und Körperflüssigkeiten
aus der Implantatstelle, Mischungen von Knochenmarkaspirat, Autograft
usw. aufzusaugen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer kohäsiven osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung als verknäulte
Masse, wobei die nichtfibrösen
Elemente in den verknäulten
fibrösen
Elementen der Zusammensetzung gehalten werden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer kohäsiven osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung mit überlegenen
chirurgischen Handhabungseigenschaften, von der sich beispielsweise
Stücke
mit einer Zange aufnehmen lassen, die so an die Operationsstelle
gebracht werden können.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer volumenerhaltenden
osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung, die sich an eine
hohle defekte Stelle verbringen läßt bzw. in diese injizieren
läßt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung mit überlegenen
volumenerhaltenden Eigenschaften, die sich beispielsweise fest in
große
defekte Stellen packen läßt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung, die ein schnelles Remodellieren und einen schnellen
Einbau der nichtfibrösen
Elemente in die Wirtsstelle ermöglicht,
d.h. die nicht nur an den äußeren Oberflächen sondern
auch an den inneren Oberflächen
der nichtfibrösen
Elemente in Knochen umgewandelt wird, so daß die Zusammensetzung sowohl
von innen nach außen
als auch von außen
nach innen remodelliert.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung, bei der sich die Größe und die Form der Elemente
gemäß der jeweiligen
Anwendung variieren lassen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung, bei der sich das Verhältnis von fibrösen Elementen
zu nichtfibrösen
Elementen zu Träger
gemäß der jeweiligen
Anwendung variieren läßt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Zusammensetzung,
die sich mit Verfahren zur radiographischen Bilddarstellung sichtbar
machen läßt.
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Die
genannten Aufgaben der Erfindung sollen in keiner Weise einschränkend sein.
Dem Fachmann werden angesichts der oben angeführten Aufgaben und der vorhergehenden
Beschreibung weitere Aufgaben der Erfindung selbstverständlich einleuchten.
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Diese
und verwandte Aufgaben der Erfindung wurden durch die Bereitstellung
einer osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung enthaltend:
(a) demineralisierte fibröse
Knochenelemente mit einem durchschnittlichen Oberflächen/Volumen-Verhältnis von
etwa 100:1 bis etwa 20:1, (b) geformte nichtfibröse Knochenelemente mit einem
durchschnittlichen Oberflächen/Volumen-Verhältnis von
etwa 10:1 oder weniger und (c) eine Menge eines biokompatiblen flüssigen Trägers, die
ausreicht, um die Zusammensetzung als ein deformierbares Material
bereitzustellen, gelöst.
Indem man die obengenannte osteoinduktive/osteokonduktive Zusammensetzung
auf die Stelle eines großen
Knochendefekts, der beispielsweise von einer Verletzung, einer Infektion,
einer Krankheit, einer bosartigen Geschwulst oder einer entwicklungsbedingten
Mißbildung
herrührt, aufbringt,
bewirkt man ein schnelles Einwachsen von neuem Knochen durch einen
oder mehrere Mechanismen wie Osteogenese, Osteoinduktion und/oder
Osteokonduktion.
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Durch
die Aufnahme der fibrösen
Knochenelemente (a) verleiht man der osteoinduktiven/osteokonduktiven
erfindungsgemäßen Zusammensetzung
ein größeres Maß an Kohäsion verglichen
mit dem einer osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung,
die das gleiche Verhältnis
von Knochenelementen zu Träger
enthält,
wobei jedoch die Knochenelemente alle, oder im wesentlichen alle,
von der nichtfibrösen
Art sind, beispielsweise den Zusammensetzungen der US-Patentschrift Nr.
5,073,373. Durch die Aufnahme der nichtfibrösen Knochenelemente (b) erhält man eine
osteoinduktive/osteokonduktive Zusammensetzung, bei der man ein
größeres Maß an mechanischer
Kraft für
dessen Deformation aufwenden muß,
als dies für
die Deformierung einer osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
erforderlich wäre,
die das gleiche Verhältnis von
Knochenelementen zu Träger
enthält,
bei der jedoch alle, oder im wesentlichen alle, der Knochenelemente ein
relativ hohes Verhältnis
von Oberfläche
zu Volumen aufweisen, beispielsweise die osteoinduktive/osteokonduktive
Zusammensetzung der oben erwähnten
US-Patentschrift Nr. 5,314,476, bei der alle, oder im wesentlichen
alle, der Knochenelemente von der fibrösen Art sind.
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Der
Ausdruck "Verhältnis von
medianer Länge
zu medianer Dicke" soll
so, wie er auf die fibrösen
Knochenelemente der Erfindung angewendet wird, als das Verhältnis der
längsten
medianen Dimension des fibrösen
Knochenelements (seiner medianen Länge) zu seiner kürzesten
medianen Dimension (seiner medianen Dicke) betreffend verstanden
werden.
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Der
Ausdruck "kohäsiv" soll so, wie er
auf die osteoinduktive/osteokonduktive erfindungsgemäße Zusammensetzung
angewendet wird, als die Fähigkeit
der Zusammensetzung, zu einer kohärenten Masse, die ihre Form
und ihr Volumen behält
und gegenüber
einer Erosion von der Transplantatstelle beständig ist, geformt bzw. gepackt
zu werden, betreffend verstanden werden.
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Der
Ausdruck "fibrös" bezieht sich so,
wie er auf diese Erfindung angewendet wird, auf Knochenelemente,
bei denen das Verhältnis
von medianer Länge
zu medianer Dicke wenigstens etwa 10:1 beträgt und bei denen das Verhältnis von
Oberfläche
zu Volumen zwischen etwa 100:1 und etwa 20:1 liegt. In ihrer Gesamterscheinung
können
die fibrösen
Knochenelemente als Fasern, Fäden,
enge Streifen oder dünne
Blätter beschrieben
werden. Werden dünne
Blätter
produziert, so neigen deren Kanten häufig dazu, sich zueinander einzurollen.
Die fibrösen
Knochenelemente können
im wesentlichen linear aussehen oder spiralförmig sein, so daß sie Sprungfedern ähneln. Die
fibrösen
Knochenelemente sind vorzugsweise demineralisiert, wenn es für eine bestimmte
Ausführungsform
der Erfindung erforderlich ist, kann jedoch noch etwas des ursprünglichen Mineralgehalts
verbleiben.
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Der
Ausdruck "nichtfibrös" bezieht sich so,
wie er auf die Elemente der vorliegenden Erfindung angewendet wird,
auf Elemente mit einer medianen Breite, die wesentlich größer ist
als die mediane Dicke des fibrösen
Knochenelements. Solche nichtfibrösen Knochenelemente haben ein
Verhältnis
von Oberfläche
zu Volumen, das signifikant kleiner ist als das der fibrösen Knochenelemente,
beispielsweise etwa 10:1 oder weniger. Die nichtfibrösen Knochenelemente
sind vorzugsweise in im wesentlichen regelmäßiger Weise oder einer spezifischen
Konfiguration, beispielsweise als dreieckiges Prisma, Kugel, Würfel, Zylinder
und andere regelmäßige Formen,
geformt. Im Gegensatz dazu weisen Partikel wie Späne, Scherben
oder Pulver unregelmäßige oder
zufällige
Geometrien auf. Man sollte sich darüber im Klaren sein, daß es bei
der Herstellung der Elemente der vorliegenden Erfindung zu gewissen
Schwankungen bei den Dimensionen kommt, und daß Elemente, die solche Dimensionschwankungen
zeigen, mit in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen
und hier als innerhalb der durch die Begriffe "vorwiegend unregelmäßig" und "vorwiegend regelmäßig" vorgegebenen Grenzen liegend verstanden
werden sollen.
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Der
Ausdruck "teilweise
demineralisierte Knochenelemente" bezieht
sich so, wie er auf diese Erfindung angewendet wird, auf Knochenelemente,
die in einem solchen Maße
demineralisiert sind, daß nur
noch eine kleine Mineralmenge im Kern verbleibt. Das heißt, das
noch verbliebene Calcium beträgt
zwischen etwa 50 bis 100 Gew.-%.
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Der
Ausdruck "deren
Kohäsivität und Volumen
erhalten bleibt und die erosionsstabil ist" bezieht sich so, wie er auf diese Erfindung
angewendet wird, auf die Fähigkeit
der Zusammensetzung, in eine defekte Stelle entsprechender Größe gepackt
zu werden und sich an dieser Stelle festzusetzen, wo sie als kohärente Masse verbleibt.
Darüber
hinaus widersteht die Erfindung einer wesentlichen Deformation,
wenn man sie Kräften
von bis zu 10 N aussetzt. Dies steht im Gegensatz zu den Zusammensetzungen
aus dem Stand der Technik mit pastenartiger oder kittartiger Konsistenz
sowie denen mit flüssiger
oder verlaufender Konsistenz.
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Es
folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, die lediglich zum
Zweck der eingehenderen Erläuterung
der Erfindung und nicht, um diese einzuschränken, angeführt sind.
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1 zeigt
unregelmäßige nichtfibröse Knochenelemente, 1A zeigt
vorwiegend regelmäßige Knochenelemente,
die wie in Beispiel 1 hergestellt wurden. 1B zeigt
einen Seite-an-Seite-Vergleich
der Größe und regelmäßigen Form
der nichtfibrösen
Knochenelemente, die für
die Erfindung hier geeignet sind, und der unregelmäßigen nichtfibrösen Elemente
von 1.
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2 zeigt
das Aussehen einer Knochenzusammensetzung aus dem Stand der Technik
und 2A zeigt eine wie in Beispiel 1 hergestellte Zusammensetzung.
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3 zeigt
eine relativ große
defekte Stelle und aus 3A geht hervor, daß mit einer
wie in Beispiel 1 hergestellten Zusammensetzung eine relativ große defekte
Stelle gefüllt
werden kann.
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4 zeigt
die in Beispiel 4 erhaltenen radiographischen und biologischen Ergebnisse.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Knochen werden nach im
Stand der Technik gut bekannten Methoden erhalten, beispielsweise
aus aseptisch gewonnenem allogenen Donorknochen, der gesäubert und
desinfiziert wurde. Fibröse
Knochenelemente, bei denen das Verhältnis von medianer Länge zu medianer
Dicke wenigstens etwa 10:1 beträgt,
lassen sich leicht nach einem von mehreren Verfahren erhalten, beispielsweise
indem man die Oberfläche
eines ganzen Knochens oder eines relativ großen Knochenstücks abschabt.
Durch die Anwendung von Abschabeverfahren lassen sich fibröse Knochenelemente
mit einer medianen Länge
im Bereich von etwa 2 mm bis zu 400 mm oder mehr (wie dies bei den
langen Knochen der Fall ist) und einer medianen Dicke im Bereich
von etwa 0,05 mm bis etwa 2 mm erhalten. Ein für die Gewinnung der fibrösen Knochenelemente
geeignetes Gerät
ist in der US-Patentschrift Nr. 5,607,269 beschrieben.
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Je
nach der für
die Herstellung der fibrösen
Knochenelemente angewendeten Vorschrift läßt sich eine Masse fibröser Knochenelemente
erhalten, die wenigstens etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens
etwa 70 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens etwa 80 Gew.-%
der fibrösen
Knochenelemente mit einer medianen Länge von etwa 2 mm bis etwa
400 mm oder mehr und vorzugsweise von etwa 10 mm bis etwa 100 mm,
einer medianen Dicke von etwa 0,05 mm bis etwa 2 mm und vorzugsweise
von etwa 0, 08 mm bis etwa 1, 5 mm, und einem Verhältnis von
medianer Länge
zu medianer Dicke von wenigstens 10:1 bis zu etwa 500:1 oder mehr
und vorzugsweise von etwa 50:1 bis etwa 100:1, enthält. Das
Verhältnis
von Oberfläche
zu Volumen bei den fibrösen
Knochenelementen schwankt zwischen etwa 100:1 und etwa 20:1, vorzugsweise zwischen
etwa 80:1 und etwa 40:1. Falls gewünscht, kann man die Masse der
fibrösen
Knochenelemente in verschiedene Größen klassifizieren und/oder
eine oder mehrere der gegebenenfalls vorhandenen weniger wünschenswerten
Größen der
fibrösen
Knochenelemente vermindern oder entfernen. Die fibrösen Knochenelemente
können
aus kortikalem autogenem, kortikalem allogenem, kortikalem xenogenem,
spongiösem
autogenem, spongiösem
allogenem, spongiösem
xenogenem, kortikalem transgenem, spongiösem transgenem, kortikospongiösem autogenem,
kortikospongiösem
allogenem, kortikospongiösem
xenogenem oder kortikospongiösem
transgenem Knochen erhalten werden. Schweine- und Rinderknochen
stellen einen besonders vorteilhaften Typ an xenogenem Knochengewebe
dar, der sich als Quelle für
die fibrösen
Knochenelemente der vorliegenden Erfindung verwenden läßt, obwohl
sich natürlich
auch andere Quellen von Knochen wie Schafknochen, Ziegenknochen
und Pferdeknochen eignen können.
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Nach
dem Abschaben, Vermahlen oder einem anderen Verfahren, nach dem
sie gegebenenfalls erhalten werden, werden die fibrösen Knochenelemente
demineralisiert, um ihren Gehalt an anorganischen Bestandteilen
auf ein sehr niedriges Niveau zu senken, beispielsweise auf nicht
mehr als etwa 5 Gew.-% an Restcalcium und vorzugsweise nicht mehr
als etwa 1 Gew.-% an Restcalcium.
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Die
Demineralisierung der fibrösen
Knochenelemente führt
gewöhnlich
dazu, daß sie
sich in gewissem Grade zusammenziehen.
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Die
Demineralisierung der fibrösen
Knochenelemente kann gemäß bekannten
herkömmlichen
Vorschriften erfolgen. So werden beispielsweise bei einer bevorzugten
Demineralisierungsvorschrift die fibrösen Knochenelemente einem Demineralisierungsschritt
mit Säure
unterzogen, an den sich ein Entfettungs- und Desinfektionsschritt
anschließt.
Der Knochen wird solange in Säure
eingetaucht, bis er demineralisiert ist. Zu den Säuren, die
sich für
diesen Schritt verwenden lassen, zählen anorganische Säuren wie
Salzsäure
und organische Säuren
wie Peressigsäure.
Nach der Säurebehandlung
wird der Knochen mit sterilem Wasser für Injektionszwecke abgespült, mit
einem Puffer auf einen vorher festgelegten End-pH-Wert abgepuffert
und dann schließlich
mit Wasser für
Injektionszwecke abgespült,
um noch verbliebene Mengen Säure
und Pufferungsmittel zu entfernen und so den pH-Wert zu erhöhen. Nach
der Demineralisierung wird der Knochen in eine Lösung eingetaucht, mit der er
entfettet wird. Eine bevorzugte Entfettungs- und Desinfektionslösung ist
eine wäßrige Lösung von
Ethanol, da das Ethanol ein gutes Lösungsmittel für Fette
ist und das Wasser ein guter hydrophiler Träger ist, der es der Lösung ermöglicht,
tiefer in den Knochen einzudringen. Die wäßrige Ethanollösung desinfiziert
darüber
hinaus den Knochen, indem sie vegetative Mikroorganismen und Viren
abtötet.
Gewöhnlich
sollten wenigstens etwa 10 bis 40 Gew.-% Wasser (d.h. etwa 60 bis
90 Gew.-% Entfettungsmittel wie z.B. Alkohol) in der Entfettungs-
und Desinfektionslösung
vorhanden sein, damit innerhalb kürzester Zeit die Lipide entfernt
werden und der Knochen desinfiziert wird. Der bevorzugte Konzentrationsbereich
der Entfettungslösung
liegt bei etwa 60 bis 85 Gew.-% Alkohol und ganz besonders bevorzugt
bei etwa 70 Gew.-% Alkohol. Weiterhin kann man gemäß der Erfindung
die demineralisierten fibrösen
Knochenelemente sofort für
die Zubereitung der osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
verwenden oder sie vor einer solchen Zubereitung unter aseptischen
Bedingungen aufbewahren, vorteilhaft in lyophilisiertem Zustand.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
kann in den fibrösen
Knochenelementen ein Teil ihres ursprünglichen Mineralgehalts verbleiben,
so daß man
die Zusammensetzung unter Anwendung von radiographischen Verfahren
abbilden kann wie in der US-Patentschrift Nr. 5,676,146 offenbart.
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Die
nichtfibrösen
Knochenelemente der vorliegenden Erfindung weisen im wesentlichen
ein relativ kleines Verhältnis
von Oberfläche
zu Volumen auf, beispielsweise weniger als etwa 10:1, vorzugsweise
weniger als etwa 6:1, ganz besonders bevorzugt weniger als etwa
3:1. Die mediane Breite der nichtfibrösen Knochenelemente ist wenigstens
so große
wie die mediane Dicke der in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendeten
fibrösen
Knochenelemente, jedoch vorzugsweise größer. Weiterhin gemäß einigen
der Aufgaben der vorliegenden Erfindung lassen sich Größe und Form
der nichtfibrösen
Elemente der Erfindung so variieren, daß die Zusammensetzung auf ihre
vorgesehene Anwendung zugeschnitten ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen
enthält
die Zusammensetzung nichtfibröse
Elemente, die eine kleinste Dimension aufweisen, die wesentlich
größer ist
als die kleinste Dimension der fibrösen Knochenelemente. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
weisen die nichtfibrösen
Knochenelemente eine "vorwiegend
regelmäßige" Geometrie auf, d.h.
die Form der nichtfibrösen
Knochenelemente ist ein dreieckiges Prisma, eine Kugel, ein Würfel, ein
Zylinder, eine andere regelmäßige Form
oder eine Kombination dieser Formen. Solche Formen mit einer im
wesentlichen regelmäßigen Geometrie
sind zu unterscheiden von Spänen,
Scherben und Pulvern, die ein relativ kleines Verhältnis von
Oberfläche
zu Volumen aufweisen können,
sich jedoch aufgrund ihrer "vorwiegend
unregelmäßigen" Form bei Verwendung
in einer für
die Reparatur einer defekten Stelle einer entsprechenden Größe vorgesehenen
Zusammensetzung nicht an dieser Stelle festsetzen können. Benötigt man
eine Ausführungsform,
die in eine defekte Stelle injiziert oder beispielsweise mit einer
Kanüle
oder einer anderen Vorrichtung dorthin verbracht werden kann, so
wird die Form der nichtfibrösen
Elemente im wesentlichen kugelförmig sein.
Solche nichtfibrösen
Elemente lassen sich aus kortikalem autogenem, kortikalem allogenem,
kortikalem xenogenem, spongiösem
autogenem, spongiösem
allogenem, spongiösem xenogenem,
kortikalem transgenem, spongiösem
transgenem, kortikospongiösem
autogenem, kortikospongiösem
autogenem, kortikospongiösem
xenogenem oder kortikospongiösem
transgenem Knochen erhalten. Schwein- und Rinderknochen sind ein
besonders vorteilhafter Typ von xenogenem Knochengewebe, der sich
als Quelle für
die nichtfibrösen
Knochenelemente der vorliegenden Erfindung verwenden läßt, obwohl
sich natürlich
auch Schafknochen, Ziegenknochen und Pferdeknochen eignen können.
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Etwa
20 bis etwa 80 Gew.-% der erfindungsgemäßen nichtfibrösen Knochenelemente
sind nichtfibröse
Knochenelemente mit einem Verhältnis
von medianer Länge
zu medianer Breite zu medianer Höhe
von wenigstens etwa 1:0,3:1 und bis zu etwa 1:1:5, einer medianen
Länge von
etwa 0, 25 mm bis etwa 10 mm, einer medianen Breite von etwa 0,25
mm bis etwa 10 mm und einer medianen Höhe von etwa 0,25 mm bis etwa
10 mm, wobei die mediane Breite die kleinste Dimension des nichtfibrösen Elements
und die mediane Höhe
die größte Dimension
des nichtfibrösen
Elements ist. Solche nichtfibrösen
Elemente werden unter Anwendung von im Stand der Technik gut bekannten
Verfahren, beispielsweise Schneiden, Vermahlen, Stampfen und Zerreiben
hergestellt. Die Größe und Form
der nichtfibrösen
Elemente kann je nach der speziellen Anwendung, für die die
Zusammensetzung vorgesehen ist, variieren; große Traumadefekte beispielsweise
erfordern relativ große
nichtfibröse
Elemente, während
für kleine
dentale Defekte, beispielsweise Sinus-Boden-Elevationen (Sinus-Lifts),
Drei-Wand-Defekten (three-wall defects), Furkationen usw. relativ
kleine nichtfibröse
Elemente benötigt
werden. Eine solche Variation der Größe und Form der nichtfibrösen Knochenelemente
zum Anpassen der Zusammensetzung auf die spezielle Anwendung soll
mit in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Die
hierfür
geeigneten nichtfibrösen
Knochenelemente können
voll mineralisiert, teilweise demineralisiert oder voll demineralisiert
(d.h. < 5 Gew.-%
Calcium) sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
etwa 0 bis etwa 50 Gew.-% der nichtfibrösen Knochenelemente der Zusammensetzung
mineralisierte Knochen, von etwa 0 bis etwa 80 Gew.-% der nichtfibrösen Knochenelemente
der Zusammensetzung sind teilweise demineralisierte Knochen und
von etwa 0 bis etwa 100 Gew.-% der nichtfibrösen Knochenelemente der Zusammensetzung
sind voll demineralisierte Knochen.
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Der
zur Herstellung der erfindungsgemäßen nichtfibrösen Elemente
verwendete Knochen kann vor der Herstellung der nichtfibrösen Elemente
voll mineralisiert, teilweise demineralisiert oder voll demineralisiert sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird Kortikalis in beispielsweise etwa 3 mm breite Scheiben geschnitten
und dann soweit demineralisiert, daß im Kern nur eine kleine Menge
an Mineral verbleibt, d.h. weniger als 10 Gew.-% Restcalcium, vorzugsweise
weniger als 5 Gew.-% Restcalcium. Der Knochen wird dann in einem
Stampfverfahren so geschnitten, daß man im wesentlichen würfelförmige Formen
erhält,
deren Länge, Breite
und Höhe
etwa 3 × 3 × 3 mm betragen.
Gegebenenfalls wird mineralisierter Knochen mit einer Bandsäge zu im
wesentlichen würfelförmigen Formen
geschnitten. Die Knochenwürfel
werden dann unter Anwendung von im Stand der Technik gut bekannten
Verfahren wie beispielsweise den oben beschriebenen demineralisiert.
Nachdem man die nichtfibrösen
Elemente erhalten hat, können
sie sofort für
die Herstellung der osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
verwendet werden oder vor einer solchen Herstellung unter aseptischen
Bedingungen, vorteilhaft in lyophilisiertem oder gefrorenem Zustand
aufbewahrt werden.
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Zur
Herstellung einer osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
unter Verwendung der demineralisierten fibrösen Knochenelemente und nichtfibrösen Knochenelemente
der vorliegenden Erfindung kombiniert man eine bestimmte Menge der
fibrösen
und nichtfibrösen
Elemente mit einer bestimmten Menge an biokompatiblem flüssigem Träger, so
daß man
eine kohärente
Masse erhält.
Bei dem Träger
kann es sich um einen beliebigen aus einer Reihe von Verbindungen
und/oder Polymeren handeln, beispielsweise um polymere Zucker, Proteine,
langkettige hydrophile Blockcopolymere, Umkehrphasenblockcopolymere,
Hyaluronsäure,
Polyuronsäure,
Mucopolysaccharid, Proteoglycan, Polyoxyethylen, Tenside, z.B. die
Pluronics-Reihe nichtionischer
Tenside, und Peptidverdickungsmittel. Zu den empfohlenen Klassen
biokompatiblem flüssigem Träger würden Polyhydroxyverbindungen,
Polyhydroxyester, Fettalkohole, Fettalkoholester, Fettsäuren, Fettsäureester,
flüssiges
Silicon, Mischungen davon und dergleichen zählen.
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Als
biokompatible flüssige
Träger
eignen sich beispielsweise (wobei dies nicht als Einschränkung verstanden
werden soll):
- (i) Polyhydroxyverbindungen,
zum Beispiel Verbindungsklassen wie acyclische mehrwertige Alkohole, nichtreduzierende
Zucker, Zuckeralkohole, Zuckersäuren,
Monosaccharide, Disaccharide, wasserlösliche oder wasserdispergierbare
Oligosaccharide, Polysaccharide und bekannte Derivate der vorgenannten
Verbindungen. Zu den speziellen Polyhydroxyverbindungen zählen 1,2-Propandiol,
Glycerin, 1,4-Butylen glykoltrimethylolethan, Trimethylolpropan,
Erythrit, Pentaerythrit, Ethylenglykole, Diethylenglykol, Triethylenglykol,
Tetraethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol; Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Copolymer, z.B.
des bekannten und im Handel unter den Handelsnamen Pluronic und
Emkalyx erhältlichen
Typs; Polyoxyethylen-Polyoxypropylene-Blockcopolymer,
z.B. des bekannten und im Handel unter dem Handelsnamen Poloxamer
erhältlichen
Typs; Alkylphenolhydroxypolyoxyethylen, z.B. des bekannten und im
Handel unter dem Handelsnamen Triton erhältlichen Typs, Polyoxyalkylenglykole
wie die Polyethylenglykole, Xylit, Sorbit, Mannit, Dulcit, Arabinose,
Xylose, Ribose, Adonit, Arabit, Inosit, Fructose, Galactose, Glucose,
Mannose, Sorbose, Saccha rose, Maltose, Lactose, Maltit, Lactit,
Stachyose, Maltopentaose, Cyclomaltohexaose, Carrageenan, Agar,
Dextran, Algensäure,
Guar Gum, Tragantgummi, Johannisbrotgummi, Gummi arabicum, Xanthan,
Amylose, Mischungen der vorgenannten Verbindungen und dergleichen.
- (ii) Polyhydroxyester, zum Beispiel lassen sich mit guten Ergebnissen
flüssige
und feste Monoester und Diester von Glycerin verwenden, wobei die
festen Ester bis zu ihrer Löslichkeitsgrenze
in einem geeigneten Vehikel, z.B. Propylenglykol, Glycerin, Polyethylenglykol
mit einem Molekulargewicht von 200–1000 usw. gelöst werden.
Zu den flüssigen
Glycerinestern zählen
Monacetin und Diacetin, und zu den festen Glycerinestern zählen Fettsäuremonoester
von Glycerin wie z.B. Glycerinmonolaurat, Glycerylmonopalmitat,
Glycerylmonostearat usw.. Ein hier besonders bevorzugter Träger enthält Glycerylmonolaurat
gelöst
in Glycerin oder einer 4:1- bis 1:4-Mischung (nach Gewicht) von
Glycerin und Propylenglykol, Poly(oxyalkylen)glykolester und dergleichen.
- (iii) Fettalkohole, zum Beispiel primäre Alkohole, gewöhnlich geradkettig
mit 6 bis 13 Kohlenstoffatomen, einschließlich Hexylalkohol, Octylalkohol,
Undecylalkohol, Laurylalkohol und Tridecanol.
- (iv) Fettalkoholester, zum Beispiel Ethylhexylpalmitat, Isodecylneopentat,
Octadodecylbenzoat, Diethylhexylmaleat und dergleichen.
- (v) Fettsäuren
mit 6 bis 11 Kohlenstoffatomen, zum Beispiel Hexansäure, Heptansäure, Octansäure, Decansäure und
Undecansäure.
- (vi) Fettsäureester,
zum Beispiel Polyoxyethylensorbitanfettsäureester; z.B. Mono- und Trilauryl-,
-palmityl-, -stearyl-, und -oleylester; z.B. des unter dem Handelsnamen
Tween von Imperial Chemical Industries erhältlichen Typs; Polyoxyethylenfettsäureester;
z.B. Polyoxyethylenstearinsäureester
des bekannten und im Handel unter dem Handelsnamen Myrj erhältlichen
Typs; Propylenglykolmono- und -difettsäureester wie Propylenglykoldicaprylat;
Propylenglykoldilaurat, Propylenglykolhydroxystearat, Propylenglykolisostearat, Propylenglykollaurat,
Propylenglykolricinoleat, Propylenglykolstearat und Propylenglykolcapryl-caprinsäurediester,
erhältlich
unter dem Handelnamen Miglyol; Mono-, Di- und Mono/Diglyceride wie die Veresterungsprodukte
von Capryl- oder Capronsäure
mit Glycerin, z.B. des bekannten und im Handel unter dem Handelsnamen
Imwitor erhältlichen
Typs; Sorbitanfettsäureester,
z.B. des bekannten und im Handel unter dem Handelsnamen Span erhältlichen
Typs, einschließlich
Sorbitan-monolauryl, -monopalmityl, -monostearyl, -tristearyl, -monooleyl
und -trioleylestern; Monoglyceride, z.B. Glycerinmonooleat, Glycerinmonopalmitat
und Glycerinmonostearat, beispielsweise wie unter den Handelsnamen
Myvatex, Myvaplex und Myverol bekannt und im Handel erhältlich,
und acetylierte, z.B. mono- und di-acetylierte, Monoglyceride, beispielsweise
wie unter dem Handelsnamen Myvacet bekannt und im Handel erhältlich;
Isobutyltalloat, n-Butylstearat, n-Butyloleat und n-Propyloleat.
- (vii) Flüssiges
Silicon, zum Beispiel Polyalkylsiloxane wie Polymethylsiloxan und
Poly(dimethylsiloxan) und Polyalkylarylsiloxane.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung handelt es
sich bei dem flüssigen
Träger
um eine flüssige
Polyhydroxyverbindung, ein flüssiges
Derivat einer Polyhydroxyverbindung, eine flüssige Lösung einer festen Polyhydroxyverbindung,
eine flüssige
Lösung
eines festen Derivates einer Polyhydroxyverbindung oder Mischungen
davon. Falls erforderlich oder gewünscht, kann der flüssige Träger in einem
geeigneten Lösungsmittel gelöst oder
damit verdünnt
werden, so daß man beim
Kombinieren der erfindungsgemäßen fibrösen und
nichtfibrösen
Elemente eine Zusammensetzung erhält, die zu einer kohärenten Masse
geformt oder gepackt werden kann, die über eine relative lange Zeitspanne,
beispielsweise bis der Knochenbildungsprozess und der Remodellierungsprozess
abgeschlossen ist, form- und volumenbeständig ist. Bei der Polyhydroxyverbindung
bzw. bei den Polyhydroxyderivaten kann es sich somit um eine bei
Raumtemperatur, z.B. 1,5–50°C, im reinen
oder hochkonzentrierten Zustand flüssige oder um eine bei dieser
Temperatur feste oder halbfeste Substanz handeln, wobei es beim
letztgenannten Fall erforderlich ist, das Material in einem Lösungsmittel
wie Wasser, physiologischer Kochsalzlösung, Ethanol, Glycerin, Glucose,
Propylenglykol, Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von
200–1000,
Polyvinylalkohol usw. zu lösen.
Der flüssige
Träger
kann natürlich
aus einer oder mehreren flüssigen
Polyhydroxyverbindungen oder -derivaten in Lösung mit einer oder mehreren
festen Polyhydroxyverbindungen oder -derivaten bestehen.
-
Von
den obengenannten Polyhydroxyverbindungen sind Glycerin und dessen
flüssige
Monester und Diester, z.B. Monacetin und Diacetin, Fructose, Glucose
und Sacchrose und Mischungen davon bevorzugt. Handelt es sich bei
der Polyhydroxyverbindung um einen Feststoff, z.B. Saccharose, so
verwendet man für
die Bereitstellung einer kohäsiven
Lösung
oder Paste der Verbindung ein Lösungsmittel
wie Wasser, Glycerin, Polyethylenglykol mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 200–1000
oder eine Mischung davon.
-
Neigen
in einer bestimmten osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
die fibrösen und/oder
nichtfibrösen
Elemente dazu, sich schnell bzw. vorzeitig von der Trägerkomponente
abzutrennen oder andersweitig aus der Zusammensetzung auszufallen,
so daß die
Anwendung einer relativ homogenen Zusammensetzung schwierig oder
umständlich
ist, so kann es von Vorteil sein, der Zusammensetzung eine fakultative
Substanz, deren thixotropische Eigenschaften diese Neigung verhindern
oder vermindern, zuzusetzen. Handelt es sich bei der Trägerkomponente
beispielsweise um Glycerin und es kommt bei einer bestimmten Anwendung
zu einer übermäßigen Abtrennung
der fibrösen
und/oder nichtfibrösen
Knochenelemente, so kann man den Träger mit einem thixotropischen
Mittel wie einer Lösung
von Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Celluloseester wie Hydroxypropylmethylcellulose,
Carboxymethylcellulose, Pectin, Texturiermittel von Lebensmittelqualität, Gelatine,
Dextran, Collagen, Stärke,
hydrolysiertem Polyacrylonitril, hydrolysiertem Polyacrylamid, Polyelektrolyten
wie Polyacrylsäuresalz,
Hydrogelen, Chitosan, anderen Materialien, in denen Partikel suspendiert
werden können,
usw. in einer Menge, die ausreicht, die suspensionserhaltenden Eigenschaften
der Zusammensetzung beträchtlich
zu verbessern, kombinieren.
-
Falls
gewünscht,
so kann man die fibrösen
und/oder nichtfibrösen
Knochenelemente der vorliegenden Erfindung auf eine oder mehrere
Weisen modifizieren; so kann man beispielsweise ihren Proteingehalt
wie in den US-Patentschriften
Nr. 4,743,259 und 4,902,296 beschrieben erhöhen oder modifizieren. Vor,
während oder
nach der Herstellung der osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
kann man eine beliebige verschiedener medizinisch und/oder chirurgisch
nützlicher
fakultativer Substanzen in die Knochenelemente einarbeiten bzw.
damit assoziieren. So kann man beispielsweise eine oder mehrere
solcher Substanzen in die Knochenelemente einarbeiten, z.B. indem
man die Knochenelemente in einer Lösung oder Dispersion der gewünschten
Substanz(en) einweicht oder eintaucht, indem man die Substanz(en)
der Trägerkomponente
der osteoinduktiven/osteokonduktive Zusammensetzung zusetzt oder
indem man die Substanz(en) direkt zu der osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung gibt.
-
Zu
den medizinisch/chirurgisch nützlichen
Substanzen, die sich leicht mit den Knochenelementen, flüssigen Trägern und/oder
osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung kombinieren lassen, zählen
beispielsweise demineralisiertes Knochenpulver wie in der US-Patentschrift
Nr. 5,073,373 beschrieben, Collagen, unlösliche Collagenderivate, Hydroxyapatit
usw. und darin gelöste
lösliche Feststoffe
und/oder Flüssigkeiten,
z.B. antiviral wirksame Mittel, insbesondere solche, die gegen HIV
und Hepatitis wirken; antimikrobizide Mittel und/oder Antibiotika
wie Erythromycin, Bacitracin, Neomycin, Penicillin, Polymyxin B,
Tetracycline, Viomycin, Chloromycetin und Streptomycine, Cefazolin,
Ampicillin, Azactam, Tobramycin, Clindamycin und Gentamycin usw.;
Aminosäuren,
Peptide, Vitamine, anorganische Elemente, anorganische Verbindungen,
Cofaktoren für
die Proteinsynthese, Hormone; endokrines Gewebe oder Fragmente von
endokrinem Gewebe; Synthesizer; Enzyme wie Collagenase, Peptidasen,
Oxidasen usw.; polymere Zellgerüste
mit paraenchymalen Zellen; angiogene Arzneimittel und polymere Träger, die
solche Arzneimittel enthalten; Collagengitter; biokompatible Tenside;
antigene Mittel; zytoskeletale Mittel; Knorpelfragmente, lebende Zellen
wie Chondrozyten, Knochenmarkzellen, mesenchymale Stammzellen, natürliche Extrakte,
Gewebetransplantate, bioadhäsive
Substanzen, Bone Morphogenic Proteins (BMPs), Transforming Growth
Factor (TGF-beta), Insulinlike Growth Factor (IGF-1) (IGF-2), Platelet
Derived Growth Factor (PDGF), Fibroblast Growth Factors (FGF), Vascular
Endothelial Growth Factor (VEGF), angiogene Mittel, Knochenpromotoren, Cytokine,
Interleukine, genetisches Material, Gene, die für eine knochenfördernde
Wirkung codieren, Zellen, die Gene enthalten, die für eine knochenfördernde
Wirkung codieren; Wachstumshormone wie Somatotropin; knochenverdauende Substanzen;
Antitumormittel; Fibronectin; zelluläre Attraktantien und Anlagerungmittel; Immunosuppressiva;
Permeationverstärker,
z.B. Fettsäureester
wie Laurat-, Myristat- und Stearatmonester von Polyethylenglykol,
Tenside, Enaminderivate, α-Ketoaldehyde
usw.; Nucleinsäuren;
Epidermal Growth Factor (EGF); alle Collagentypen (nicht nur Typ
1); nicht-collagenartige Proteine wie Osteopontin, Osteonectin, Bonesialo-Proteine, Vitronectin,
Thrombospondin, Proteoglycane, Decorin, Biglycan, Aggrecan, Versican,
Tenascin, Matrix-gla-Protein, Hyaluronan; lösliche und unlösliche Komponenten
des Immunsystems, lösliche
und unlösliche
Rezeptoren einschließlich
gekappter Formen, lösliche,
unlösliche
und an der Zelloberfläche
gebundene Liganden einschließlich
gekappter Formen; Chemokine, endozytosierte biologisch aktive Verbindungen; Verbindungen,
die dazu in der Lage sind, das Membranpotential von Zellen zu verändern, Verbindungen,
die dazu in der Lage sind, die Zellkanäle für monovalente und divalente
Kationen/Anionen zu verändern;
Inhibitoren und Stimulatoren der Knochenresorption; angiogene und
mitogene Faktoren; biologisch aktive Faktoren, die Second-Messenger-Moleküle inhibieren
und stimulieren; Integrinadhäsionmoleküle; Gerinnungsfaktoren; extern
expandierte Autograft- oder Xenograftzellen und beliebige Kombinationen
davon. Die jeweiligen Mengen an solchen gegebenenfalls zugesetzten
Substanzen können
in weiten Bereichen schwanken, wobei sich die für einen speziellen Fall optimalen
Niveaus leicht durch Standardexperimente bestimmen lassen.
-
Wie
bereits erwähnt,
läßt sich
die osteoinduktive/osteokonduktive Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung frisch zubereiten, indem man einfach die gewünschten
Mengen an demineralisierten fibrösen Knochenelementen,
nichtfibrösen
Knochenelementen, flüssigem
Träger
und fakulatitiver Komponente/fakultativen Komponenten, falls vorhanden,
in einer geeigneten Reihenfolge von getrennten Misch-, Adsorptions-, Rehydratisierungs-
oder Trockenschritten oder allen diesen Schritten gleichzeitig mischt.
Man kann also die demineralisierten fibrösen Knochenelemente und/oder
nichtfibrösen
Knochenelemente mit dem/den fakultativen Bestandteil(en) mischen
und anschließend
mit der flüssigen
Trägerkomponente
kombinieren, man kann die demineralisierten fibrösen Knochenelemente und/oder
nichtfibrösen
Knochenelemente mit dem flüssigen Träger mischen
und anschließend
den/die fakultativen Bestandteil(e) zusetzen oder man kann die fakulatativen
Bestandteile zum flüssigen
Träger
geben und dann die demineralisierten fibrösen Knochenelemente und/oder
nichtfibrösen
Knochenelemente zusetzen. Variationen dieser und anderer Mischreihenfolgen
sind natürlich
möglich.
Vorteilhaft mischt man die fibrösen
und nichtfibrösen
Elemente und den flüssigen
Träger
im wesentlichen gleichzeitig, so daß die fibrösen Elemente der osteoinduktiven/osteokonduktiven
Zusammensetzung sich verknäulen
und die nichtfibrösen
Knochenelemente gründlich
unter die verknäulten
fibrösen
Knochenelemente gemischt werden.
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Die
Menge an demineralisierten fibrösen
Knochenelementen, die sich in die osteoinduktive/osteokonduktive
Zusammensetzung einarbeiten läßt, kann
in einem breiten Bereich schwanken, wobei Mengen von etwa 5 bis
etwa 90 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 20 bis etwa 70 Gew.-% in
den meisten Fällen
völlig ausreichen.
In ähnlicher
Weise kann die Menge an demineralisierten fibrösen Knochenelementen, die sich
in die osteoinduktive/osteokonduktive Zusammensetzung einarbeiten
läßt, in einem
breiten Bereich schwanken, wobei Mengen von etwa 10 bis etwa 90
Gew.-% und vorzugsweise von etwa 20 bis etwa 70 Gew.-% in den meisten
Fällen
völlig
ausreichen. Das Verhältnis
von fibrösen
zu nichtfibrösen
Knochenelementen kann zwischen etwa 0,2:1 bis etwa 1:0,2 schwanken.
Der Rest der Zusammensetzung besteht aus flüssigem Träger und fakultativem Bestandteil/fakultativen
Bestandteilen, falls vorhanden.
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Bei
Ausführungsformen,
bei denen es wünschenswert
ist, die Eignung der osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
für die
Bilddarstellung z.B. durch Röntgenstrahlung
zu verbessern, kann man ein für
die Röntgenstrahlung
nicht durchlässiges
Material bzw. für
die Röntgenstrahlung
nicht durchlässige
Materialien in die Zusammensetzung einarbeiten. Zu diesen Materialien
zählen
beispielsweise Bariumsulfat, iodhaltige Verbindungen, Titan und
mineralisierter Knochen.
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Für eine leichtere
Zubereitung und/oder Anwendung der Zusammensetzung vor Ort können die
demineralisierten fibrösen
Knochenelemente und nichtfibrösen
Knochenelemente, vorzugsweise in lyophilisierter oder gefrorener
Form, und der flüssige
Träger
(wobei letzterer einen oder mehrere fakultative Bestandteile wie die
oben angeführten
enthält)
unter sterilen Bedingungen in getrennten Packungen bzw. Behältern gelagert und
zum Zeitpunkt der Verwendung für
ein Aufbringen auf eine defekte Knochenstelle unter Anwendung geeigneter
Mittel wie Spateln, Zangen, Spritzen, Instrumenten zum Feststampfen
usw. innig gemischt werden. Alternativ dazu kann man die osteoinduktive/osteokonduktive
Zusammensetzung eine gute Zeit vorher herstellen und, bis sie für die Anwendung
benötigt
wird, unter sterilen Bedingungen aufbewahren. Wird die osteoinduktive/osteokonduktive
Zusammensetzung eine gute Zeit vorher hergestellt, so wird sie vorzugsweise
vor dem Einpacken für
die Lagerung lyophilisiert. Zum Zeitpunkt unmittelbar vor dem Aufbringen
der osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung auf eine defekte Stelle kann man fakultative Materialien
wie beispielsweise Autograft-Knochenmarksaspirat, Autograft-Knochen,
Zubereitungen ausgewählter
Autograft-Zellen,
Autograft-Zellen, die Gene enthalten, die für eine knochenfördernde
Wirkung codieren usw. mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kombinieren.
Vorzugsweise wird die osteoinduktive/osteokonduktive Zusammensetzung
bereits gemischt und verwendungsfertig in einem geeigneten Behältnis, z.B.
einer Spritze, einer wiederverschließbaren nichttoxischen Flasche
usw. verpackt oder als Kit bereitgestellt, das nach Anweisung des
Chirurgen bei Bedarf zubereitet werden kann.
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Die
osteoinduktive/osteokonduktive Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung kann fest auf eine defekte Stelle geeigneter Größe aufgebracht
werden, um das Volumen zu erhalten und die umliegenden Gewebe zu
stützen.
Ein solches Plazieren läßt sich
durch die Verwendung verschiedener Instrumente wie beispielsweise
Spateln, Zangen, Spritzen, Instrumenten zum Feststampfen usw. erreichen.
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Die
osteoinduktive/osteokonduktive Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung kann an die Verwendung für verschiedene orthopädische,
neurochirurgische und oral und maxillofaziale chirurgische Indikationen
angepaßt
werden, bei denen es von Vorteil wäre, die Zusammensetzung fest
auf eine defekte Knochenstelle aufzubringen, wie bei der Reparatur
einfacher und komplizierter Brüche
und Pseudoarthrosen, bei externen Fixierungen, bei Gelenkrekonstruktionen
wie operativer Gelenkversteifung, bei der allgemeinen Gelenkplastik,
bei Hüftpfannenreparaturen,
bei Hüftpfannengelenkreparaturen,
beim Austausch von Oberschenkelkopf und Oberarmkopf, beim Austausch
der Oberfläche
des Oberschenkelkopfes und beim Austausch ganzer Gelenke, bei Reparaturen
der Wirbelsäule
einschließlich
operativer Wirbelsäulenversteifung
und interner Fixierung, bei der Tumorchirurgie, z.B. beim Ausfüllen von
Defiziten, bei der (teilweisen) Entfernung von Bandscheiben, bei
der Wirbelbogenresektion, beim Herausschneiden von Rückenmarktumoren,
bei Operationen an Hals und Brustkorb, bei der Reparatur von Rückenmarkverletzungen,
bei Behandlungen von Skoliose, Lordose und Kyphose, bei der intermaxillären Fixierung
von Frakturen, bei der Mentoplastik, beim Austausch des Unterkiefergelenks,
bei der Vergrößerung und
Rekonstruktion des Alveolarkamms, bei Inlay-Knochentransplantaten,
beim Plazieren und der Revision von Implantaten, bei Sinus-Boden-Elevationen, bei
Furkationsdefekten, bei periodontalen Defekten, bei dentalen Defekten,
bei Ulnadefekten, bei Metaphysendefekten, bei Schienbeinplateaudefekten,
bei Handgelenksdefekten, bei Fußgelenksdefekten
usw.
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Die
folgenden Beispiele, die lediglich zur Erläuterung der Verfahren für die Herstellung
der demineralisierten fibrösen
Knochenelemente und nichtfibrösen
Knochenelemente der Erfindung und die Herstellung einer die fibrösen und
nichtfibrösen
Elemente gemäß der vorliegenden
Erfindung enthaltenden osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
dienen und diese nicht einschränken,
ermöglichen
ein eingehenderes Verständnis
der Erfindung. Ebenfalls vorgelegt wird ein Vergleich der Druckkraft
von Zusammensetzungen aus dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Zusammensetzung,
jedoch soll dieser Vergleich die Unterschiede zwischen der vorliegenden
Erfindung und dem Stand der Technik illustrieren und nicht einschränken.
-
Beispiel 1
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Schnitte
von entfetteter, desinfizierter allogener Kortalis mit einer Länge von
ungefähr
210–250
mm wurden auf einer Bandsäge
zerschnitten, so daß man
0,14565 kg (145,65 g) würfelförmige nichtfibröse Knochenelemente
mit einer Größe von etwa
3 mm erhielt. Die restliche allogene Kortalis wurde mit der in der US-Patentschrift
Nr. 5,607,269 beschriebenen Knochenmühle verarbeitet, was 0,1458
kg (145,8 Gramm) fibröse
Knochenelemente lieferte. Die nichtfibrösen Knochenelemente wurden
dann in einen Reaktor gegeben. Jeweils 15 ml einer 0,6 N HCl-Lösung pro
0,001 kg (Gramm) nichtfibröser
Knochenelemente wurden in den Reaktor gegeben, und man ließ 1 bis
2 Stunden lang reagieren. Nach dem Abgießen der HCl wurden die nichtfibrösen Knochenelemente
24 bis 48 Stunden lang mit 0,6 N HCl/20 ppm–2000 ppm einer nichtionischen
Tensidlösung
bedeckt. Dann wurden die fibrösen
Knochenelemente in den Reaktor gegeben und 5 bis 10 Minuten lang
einweichen gelassen. Nach dem Abgießen der HCl/Tensid-Lösung wurden
jeweils 15 ml 0,6 N HCl pro 0,001 kg (Gramm) Gesamtknochen in den
Reaktor gegeben, und es wurde 40 bis 50 Minuten lang reagieren gelassen.
Nach dem Abgießen über ein
Sieb wurde der Knochen dreimal mit jeweils 15 ml Wasser für Injektionszwecke
pro 0,001 kg (Gramm) Gewicht an nichtfibrösem Element gespült, wobei
das Wasser für
Injektionszwecke in Abständen
von 15 Minuten ausgetauscht wurde. Nach dem Abgießen des
Wassers für
Injektionszwecke wurde der Knochen mit Alkohol bedeckt und wenigstens
30 Minuten lang einweichen gelassen. Der Alkohol wurde dann abgegossen,
und der Knochen wurde mit Wasser für Injektionszwecke abgespült. Der Knochen
wurde dann mindestens 2 Stunden lang mit einer Mischung von 3,5
ml Glycerin pro Gramm trockenem Knochen und 5 ml Wasser für Injektionszwecke
pro 0,001 kg (Gramm) trockenem Knochen in Kontakt gebracht. Nach
dem Abgießen
wurde die Zusammensetzung in eine Gefriertrocknungsschale überführt und mindestens
6 Stunden lang bei –70°C eingefroren.
Die Zusammensetzung wurde dann nach Standardvorschriften 24 bis
48 Stunden lang lyophilisiert.
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Beispiel 2
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Die
Druckkraft der wie in Beispiel 1 hergestellten Zusammensetzung wurde
mit der einer gleichen Menge einer gemäß der US-Patentschrift Nr.
5,073,373 hergestellten osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
und einer gemäß der US-Patentschrift
Nr. 5,314,476 hergestellten osteoinduktiven/osteokonduktiven Zusammensetzung
verglichen. In diesem Beispiel wurden jeweils 5 cm3 des
betreffenden Materials in getrennte 10-cm3-Spritzenkammern
gegeben. Die Druckkraft (d.h. die anhaltende Kraft, die benötigt wird, um
eine Meßsonde
abzulenken) wurde dann zur Bestimmung der ablenkenden Kraft mit
der Meßsonde
gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angeführt.
-
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Beispiel 3
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Wie
in Beispiel 1 hergestelltes Material wurde auf sein osteoinduktives
Potential untersucht. Das Material wurde gemäß der in Edwards et al., Osteoinduction
of Human Demineralized Bone: Characterization in a Rat Model, Clinical
Orthopedics and Related Research (Nr. 357, S. 219–228) 1998,
beschriebenen Vorschrift weiblichen athymischen homozygoten rnu/rnu-Ratten
eingepflanzt. Das Material wurde zur Analyse seiner Knochenbildungsreaktion
untersucht. Nach 28 Tagen im Rattenmodell wurde festgestellt, daß sich Zellen
in der porösen
Region innerhalb der Späne
angesammelt hatten, sich zu knochenbildenden Zellen differenziert hatten
und im Begriff waren, Knochen bei der Ummodellierung der Matrix
von innen nach außen
anzulagern.
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Beispiel 4
-
Verwendet
wurden vierundzwanzig 6 Monate alte (3,5–4,0 kg) männliche weiße Neuseelandkaninchen (Covance:
Denver, PA, USA). Die Tiere erhielten Standard-Kaninchenfutter (Purina,
IN, USA) und Standard-Leitungswasser ad libitum. Die Tiere wurden
in einem 12h-Licht/Dunkel-Zyklus
gehalten.
-
Die
Tiere wurden einer Operation unterzogen, wodurch nach dem von Bostrom
et al., Use of Bone morphogenic Protein-2 in the Rabbit Ulnar Nonunion
Model, Clinical Orthopedics und Related Research (Nr. 327, S. 272–282) 1996,
beschriebenen Verfahren bilaterale 1,5 cm Ulnadefekte verursacht
wurden. Die 48 Defekte wurden randomisiert, und es wurde jeweils
eines der vier Implantationsmaterialien implantiert (Tabelle 1). Das
Endvolumen der Implantate betrug jeweils 1 cm3.
Die Tiere wurden nicht daran gehindert, die Gliedmaßen nach
der Operation voll zu belasten.
-
-
Die
Tiere wurden betäubt,
und alle drei Wochen bis zur Woche 12 nach der Operation wurden
Reihenröntgenbilder
der vorderen Gliedmaßen
aufgenommen. Dann wurden die Tiere getötet, die Ulnas wurden entnommen
und von weichem Gewebe gereinigt, und es wurde ein Röntgenbild
mit einem hochauflösenden
Faxitron aufgenommen. Knochenheilung (Tabelle 2) und quantitative
Knochenbildung (Tabelle 3) wurde zu jedem der Zeitpunkte von 3 unabhängigen,
verblindeten Beobachtern bewertet. Die Knochenheilung wurde definiert als
eine Überbrückung des
Defekts von mehr als 25% des diaphysealen Durchmessers. Die Röntgenbilder wurden
zur Normalisierung der Knochenfläche
und -intensität
digitalisiert, so daß die
Knochenbildung unter Anwendung von Programmen für die Bildanalyse quantifiziert
werden konnte. Die Knochenbildung wurde nach einer 5-Punkte-Skala
bewertet, bei der der in dem Defekt gefundene neue Knochen in Prozent
gemessen wurde: 0 = kein neuer Knochen im Defekt sichtbar, 1 = 1–25%, 2
= 26–50%,
3 = 51–75%,
4 = 76–99%,
5 = 100%.
-
TABELLE
2 HEILUNGEN
GEMÄSS
RÖNTGENAUSWERTUNG
NACH ZEITPUNKTEN
-
TABELLE
3 KNOCHENBILDUNG – AUSGEWERTETE
RÖNTGENBILDFLÄCHE DES
VON KNOCHEN BEDECKTEN DEFEKTS (MEDIANES ERGEBNIS)
-
Alle
Gliedmaßen
aus jeder Gruppe wurden für
eine histologische Analyse vorbereitet. Gewebeproben wurden über mehrere
Wochen dehydratisiert, wobei die Alkohollösungen täglich gewechselt wurden. Nach Ende
der Deydratisierung wurden die Gewebeproben in Methacrylsäuremethylester
eingebettet. Die Blöcke wurden
mit einem Mikrotom in Längsrichtung
des Knochens in 5-μm-Abschnitte
geschnitten. Die Reihenschnitte wurden mit einer der folgenden Färbelösungen angefärbt: Hämatoxylin
und Eosin, Goldner-Masson-Trichrom oder Von Kossa. Die Schnitte
wurden auf zelluläre
Charakteristika hin untersucht, die auf Knochenneubildung und Kallusbildung
hindeuten. Die Röntgenheilungsdaten
der Gruppen wurden mit dem exakten Fisher-Test verglichen. Die Knochenbildung
wurde durch eine nicht parametrische Varianzanalyse (ANOVA), den Kruskal-Wallis
H-Test, verifiziert.
-
Die
experimentellen Protokolle wurden befolgt, ohne daß es zu
irgendwelchen Vorfällen
kam. Nach den Operationen kam es zu einem Todesfall, was zum Verlust
von 2 experimentellen Defekten führte.
Ein Defekt mit demineralisierten Fasern und demineralisierten Kortalisspänen ging
verloren. Die Auswertung der Röntgenbilder
zeigte keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den
vier Gruppen. Nach sechs Wochen konnte bei allen Gruppe eine gewisse
Knochenbildung beobachtet werden. Bewertet nach der Strahlendichteskala
zeigten nach 12 Wochen alle Gruppen ähnliche Mengen an Knochenneubildung.
(Tabelle 3).
-
Die
Heilung der defekten Stellen fand bei allen Gruppen auf ähnliche
Weise statt (Tabelle 2).
-
Die
Gruppe mit dem autogenen Knochenimplantat (autogenous bone graft, "ABG") zeigte zu den früheren Zeitpunkten
höhere
Heilungsraten, nach 12 Wochen gibt es jedoch zwischen den drei Gruppen
keine statistischen Unterschiede. Nach 12 Wochen wurden bei allen
vier Gruppen starke Knochenbrücken
festgestellt. Die einzigen Ausnahmen waren die demineralisierten
Fasern mit nichtdemineralisierten Spänen. In dieser Gruppe zeigten
die Defekte, obwohl 6 von 9 geheilt waren, die Neigung, ihre dreidimensionale
Struktur nicht beizubehalten und in der Mitte einzusacken.
-
Es
versteht sich jedoch, daß der
Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die speziellen oben
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
sein soll. Die Erfindung kann anders als speziell beschrieben durchgeführt werden
und dennoch mit in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.