Tensidhaltiger Knochenzement Bone cement containing surfactant
Die Erfindung betrifft einen Knocheπzement auf Polymethylmethacrylat-Basis (PMMA-Zement) bestehend aus einer flüssigen und einer festen Komponente, wobei die flüssige Komponente im wesentlichen aus einerThe invention relates to a bone cement based on polymethyl methacrylate (PMMA cement) consisting of a liquid and a solid component, the liquid component consisting essentially of one
Mischung aus Methacrylaten, vorzugsweise Methylmethacrylat (MMA), und Tensiden besteht. Der Knochenzement soll insbesondere in Gebieten der Medizin eingesetzt werden, wo einfachere Handhabung für den ungeübten Arzt, eine geringere Wärmefreisetzung und/oder eine Verwendung als Spacer und Antibiotikaträger wichtiger sind als die maximale mechanischeMixture of methacrylates, preferably methyl methacrylate (MMA), and surfactants. The bone cement is to be used in particular in areas of medicine where easier handling for the inexperienced doctor, less heat release and / or use as a spacer and antibiotic carrier are more important than the maximum mechanical
Funktion des Zementes.Function of the cement.
Herkömmliche Arzneimittelhaltige Knochenzemente bestehen aus einem PMMA- bzw. Copolymer-Pulver, in welchem u.a. das pulverförmige Arzneimittel und ein Polymerisationsinitiator verteilt sind. Nach demConventional drug-containing bone cements consist of a PMMA or copolymer powder in which, among other things, the powdered drug and a polymerization initiator are distributed. After this
Vermischen mit einer Monomerflüssigkeit (mit einem Aktivator) kommt es zur Polymerisation des Monomers. Der ausgehärtete Knochenzement ist danach eine homogene Polymermasse, aus dem nur das sich in der Oberflächenschicht des Polymers befindliche Arzneimittel freigesetzt werden ann. Das im Inneren des Knochenzements vorhandene Arzneimittel bleibt unwirksam.Mixing with a monomer liquid (with an activator) causes the monomer to polymerize. The hardened bone cement is then a homogeneous polymer mass from which only the medicament located in the surface layer of the polymer can be released. The drug inside the bone cement remains ineffective.
Die im herkömmlichen Knochenzement verwendeten Arzneimittel (z.B. Antibiotika) müssen bei den während der Polymerisation auftretenden Temperaturen thermisch stabil bleiben, wodurch die Auswahl anThe medicinal products used in conventional bone cement (e.g. antibiotics) must remain thermally stable at the temperatures that occur during the polymerization, so that the choice of
Arzneimitteln stark einsgeschränkt ist. Hohe Polymerisationstemperaturen können zu Schädigungen des umgebenen Gewebes und dadurch zu einer Lockerung des Verbundes führen.Drugs is severely restricted. High polymerization temperatures can damage the surrounding tissue and thus loosen the bond.
DE-2552070 A1 beschreibt einen PMMA-Knochenzement bestehend aus einer flüssigen und einer festen Komponente, wobei die flüssige Komponente im wesentlichen aus einer Methylmethacrylat/Wasser-Emulsion besteht, der
insbesondere zur Verankerung künstlicher Hüft- und Kniegelenke verwendet wird. Diese Monomeremulsion konnte sich am Markt nicht durchsetzen, da sie schlecht handhabbar und nicht lagerstabil war.DE-2552070 A1 describes a PMMA bone cement consisting of a liquid and a solid component, the liquid component consisting essentially of a methyl methacrylate / water emulsion which is used in particular for anchoring artificial hip and knee joints. This monomer emulsion could not prevail on the market because it was difficult to handle and was not stable in storage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen Knochenzement zu entwickeln, der gegenüber den herkömmlichen Zementen eine verbesserte Freisetzung von Antibiotika-Wirkstoffen zeigt und eine niedrigere Polymerisationstemperatur aufweist Im Vergleich zu dem in DE-2552070 beschriebenen Zement soll der neu entwickelte Zement wesentlich bessere Verarbeitungseigenschaften haben.It was therefore an object of the present invention to develop a bone cement which, compared to the conventional cements, shows an improved release of antibiotic active substances and has a lower polymerization temperature. In comparison to the cement described in DE-2552070, the newly developed cement is said to have significantly better processing properties ,
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Knochenzement auf PMMA-Basis bestehend aus einer festen und einer flüssigen Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Komponente im wesentlichen aus einer Mischung aus MMA und Tensiden besteht.This object is achieved by a PMMA-based bone cement consisting of a solid and a liquid component, characterized in that the liquid component consists essentially of a mixture of MMA and surfactants.
Vorzugsweise besteht die flüssige Komponente bzw. Phase aus 50 bis 85 Gew.% monomerem MMA, 5 bis 50 Gew. % Tensid und 0.2 bis 5 Gew.% Beschleuniger und gegebenenfalls geringen Mengen anderer Hilfsstoffe. Noch bevorzugter ist, dass die flüssige Phase kein Wasser enthält.The liquid component or phase preferably consists of 50 to 85% by weight of monomeric MMA, 5 to 50% by weight of surfactant and 0.2 to 5% by weight of accelerator and, if appropriate, small amounts of other auxiliaries. It is even more preferred that the liquid phase contains no water.
Besonders bevorzugt besteht die flüssige, kein Wasser enthaltene, Phase aus 70 bis 80 Gew.% monomerem MMA, 15 bis 25 Gew.% Tensid, 1 bis 3 Gew. % Beschleuniger sowie ggf. geringen Mengen anderer Hilfsstoffe.The liquid phase, which contains no water, particularly preferably consists of 70 to 80% by weight of monomeric MMA, 15 to 25% by weight of surfactant, 1 to 3% by weight of accelerator and, if appropriate, small amounts of other auxiliaries.
Als Tenside kommen alle oberflächenaktiven Fettsäure-Ester in Betracht. Bevorzugt werden aber Sorbitanmonolaurat (Span 20), Sorbitanmonooleat (Span 80), Polyoxyethylensorbitanmonostearat (Tween 60), Polyoxyethylen- sorbitanmonooleat (Tween 80) oder Polyoxyethylensorbitantrioleat (Tween 85) eingesetzt. Besonders bevorzugt ist Tween 80. Das Tensid dient alsAll surface-active fatty acid esters are suitable as surfactants. However, sorbitan monolaurate (Span 20), sorbitan monooleate (Span 80), polyoxyethylene sorbitan monostearate (Tween 60), polyoxyethylene sorbitan monooleate (Tween 80) or polyoxyethylene sorbitan trioleate (Tween 85) are preferably used. Tween 80 is particularly preferred. The surfactant serves as
Lösungsvermittler und Träger für das Arzneimittel.
Weiterhin soll Gegenstand der Erfindung die Verwendung von nichtionischen Tensiden wie Sorbitanmonolaurat (Span 20), Sorbitanmonooleat (Span 80), Polyoxyethylensorbitanmonostearat (Tween 60), Polyoxyethylen- sorbitanmonooleat (Tween 80) oder Polyoxyethylensorbitantrioleat (Tween 85) in wirkstoffhaltigen PMMA-Knochenzementen zur verbessertenSolubilizer and vehicle for the drug. The invention furthermore relates to the use of nonionic surfactants such as sorbitan monolaurate (Span 20), sorbitan monooleate (Span 80), polyoxyethylene sorbitan monostearate (Tween 60), polyoxyethylene sorbitan monooleate (Tween 80) or polyoxyethylene sorbitan trioleate (Tween 85) in improved active ingredient-containing PMMA bone cements
Freisetzung von Antibiotika-Wirkstoffen sein.Release of antibiotic agents.
Ferner sind medizinische Implantate, die aus den Knochenzementen gemäß vorliegenden Ansprüchen hergestellt werden, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.Furthermore, medical implants which are produced from the bone cements according to the present claims are the subject of the present invention.
Vorteilhafterweise wird der flüssigen Phase außerdem ein Polymerisationsbeschleuniger zugesetzt. Insbesondere eignen sich für diesen Zweck tertiäre aromatische Amine wie Dimethyl-p-toluidin oder Dihydroxyethyl-p-toluidin.A polymerization accelerator is also advantageously added to the liquid phase. Tertiary aromatic amines such as dimethyl-p-toluidine or dihydroxyethyl-p-toluidine are particularly suitable for this purpose.
Der Knochenzement wird nach herkömmlicher Verfahrensweise hergestellt, indem die beiden getrennt voneinander aufbewahrten, sterilen Komponenten in den jeweils erforderlichen Mengen miteinander vermischt und zu einer gleichmäßigen Paste verrührt werden.The bone cement is produced according to a conventional procedure in that the two sterile components, which are kept separate from one another, are mixed with one another in the amounts required in each case and are stirred into a uniform paste.
Das Mengenverhältnis der beiden zu mischenden Komponenten liegt, bezogen auf die feste zur flüssigen Phase, etwa in den Grenzen von 3:1 bis 1 :1 , vorzugsweise bei etwa 2:1 g/g.
Ergebnisse aus den Verqleichsversuchen:The quantitative ratio of the two components to be mixed, based on the solid to the liquid phase, is approximately in the range of 3: 1 to 1: 1, preferably approximately 2: 1 g / g. Results from the comparison tests:
Release of GentamicinRelease of gentamicin
0 4 8 12 Time [d] 0 4 8 12 Time [d]
Abb. 1 aFig. 1 a
Release of GentamicinRelease of gentamicin
Abb. 1 bFig. 1 b
Wie in den Abb. 1 a und b zu sehen ist, wird aus den tensidhaltigen Zementen im Vergleich zu Refobacin Palacos deutlich mehr Gentamicin freigesetzt. Innerhalb des ersten Tages konnte eine Gentamicin- Konzentration gemessen werden, die je nach verwendetem Tensid ca. 15% bis 80% über der Vergleichsprobe lag. Nach vier bzw. acht Tagen verstärkt sich dieser Trend weiter.
Polymerisationstemperatur und AushärtezeitAs can be seen in Fig. 1 a and b, significantly more gentamicin is released from the surfactant-containing cements compared to Refobacin Palacos. A gentamicin concentration was measured within the first day, which was about 15% to 80% above the comparison sample, depending on the surfactant used. After four or eight days, this trend continues. Polymerization temperature and curing time
Ein weiterer Vorteil der Substitution eines Teils des Methylmethacrylats durch Tenside ist in der Verringerung der Polymerisationstemperatur und damit der Reduzierung der Bildung von thermischen Nekrosen im Gewebe nach Implantation des Zementes zu sehen. Dabei ist der Zeitpunkt der Aushärtung des Zementes aber nicht wesentlich beeinflusst worden. In Messapparaturen nach ISO 5833 sind von allen sechs Zementen die bei der Polymerisation auftretenden maximalen Temperaturen und die Temperaturen zum Zeitpunkt der Aushärtung gemessen worden. Die Messungen zeigten, dass die Polymerisationstemperatur durch die Beimischung von Tensiden z.T. deutlich gesenkt wird. Der Zeitpunkt der Aushärtung (berechnet aus der Temp.-Zeit-Kurve) liegt weiterhin im von den Chirurgen gewohnten Zeitfenster.Another advantage of substituting some of the methyl methacrylate with surfactants is the reduction in the polymerization temperature and thus the reduction in the formation of thermal necrosis in the tissue after implantation of the cement. The time at which the cement hardened was not significantly influenced. The maximum temperatures occurring during the polymerization and the temperatures at the time of hardening of all six cements were measured in measuring apparatus according to ISO 5833. The measurements showed that the polymerization temperature was partially reduced by the addition of surfactants. is significantly reduced. The time of curing (calculated from the temp.time curve) is still within the time window that surgeons are used to.
Tab. 1 Polymerisationstemperaturen und Aushärtezeitpunkte
HandhabungTab. 1 Polymerization temperatures and curing times handling
Der neue Zement sollte die vom Chirurgen gewohnten Verarbeitungseigenschaften haben. Daher wurde das Verhalten des Zementes bei der Aushärtung dokumentiert.The new cement should have the processing properties familiar to the surgeon. Therefore the behavior of the cement during the hardening was documented.
Auffällig war die cremige Konsistenz des Zementes nach dem Vermischen der Komponenten. Der neue Zement lässt sich im Vergleich zu handelsüblichen Palacos® leichter formen. Getrennte Zementmassen lassen sich leichter wieder zusammenfügen, ohne dass dabei Trennflächen entstehen, (d.h. der Zement fließt leichter ineinander.)The creamy consistency of the cement after the components were mixed was striking. The new cement is easier to shape than conventional Palacos ® . Separated cement masses are easier to reassemble without creating separating surfaces (ie the cement flows into one another more easily).
Mechanische EigenschaftenMechanical properties
Die Elastizitätsmoduln in Abb. 2 liegen zwar im Vergleich zu Refobacin Palacos® deutlich niedriger, sind aber noch im für Knochenzemente geforderten Bereich von mind. 1800 MPa (siehe ISO-Norm 5833).The moduli of elasticity in Fig. 2 are significantly lower compared to Refobacin Palacos ® , but are still in the range of at least 1800 MPa required for bone cements (see ISO standard 5833).
Young's Modulus (4-Point-Bending)Young 's modulus (4-point bending)
Tween 80 Tween 60 Tween 85 Span 20 Span 80 RefPal Tween 80 Tween 60 Tween 85 Span 20 Span 80 RefPal
Abb. 2 Elastizitätsmoduln (4-Punkt-Biegung) modifizierter PMMA-ZementeFig. 2 Modules of elasticity (4-point bend) of modified PMMA cements
Als nicht-ionische Tenside wurden folgende Verbindungen verwendet: ■ Sorbitanmonolaurat (Span 20) ■ Sorbitanmonooleat (Span 80) ■ Polyoxyethylensorbitanmonostearat (Tween 60) ■ Polyoxyethylensorbitanmonooleat (Tween 80)
■ Polyoxyethylensorbitantrioleat (Tween 85)The following compounds were used as nonionic surfactants: ■ sorbitan monolaurate (Span 20) ■ sorbitan monooleate (Span 80) ■ polyoxyethylene sorbitan monostearate (Tween 60) ■ polyoxyethylene sorbitan monooleate (Tween 80) ■ Polyoxyethylene sorbitan trioleate (Tween 85)
Als Vergleichssubstanz diente herkömmlicher Refobacin Palacos R® ohne Tensid-Zusatz.Conventional Refobacin Palacos R ® without added surfactant was used as a reference substance.
Das nachfolgende Beispiel soll die Herstellung und die Eigenschaften des erfindungsgemäßen PMMA-Knochenzementes erläutern:The following example is intended to explain the production and the properties of the PMMA bone cement according to the invention:
Beispiel: Die flüssige Phase bestehend aus 3.6g (= 20 Gew.%) Tensid (Tween 80,Example: The liquid phase consisting of 3.6g (= 20% by weight) surfactant (Tween 80,
Tween 60, Tween 85, Span 20 bzw. Span 80), 14.11 g (= 78.4 Gew.%) Methylmethacrylat (MMA) und 0.29 g (=1.6 Gew.%) Dimethyl-p-toluidin als Beschleuniger wird mit 42 g Refobacin-Palacos-Pulver (bestehend aus PMMA-Pulver, Röntgenkontrastmittel, Antibiotikum, Farbstoff und Polymerisationsinitiator) vermischt. Der Zement härtet innerhalb von 15 min. aus.
Tween 60, Tween 85, Span 20 or Span 80), 14.11 g (= 78.4% by weight) methyl methacrylate (MMA) and 0.29 g (= 1.6% by weight) dimethyl-p-toluidine as an accelerator is mixed with 42 g refobacin Palacos powder (consisting of PMMA powder, X-ray contrast agent, antibiotic, dye and polymerization initiator) mixed. The cement hardens within 15 minutes. out.