DE102005018644A1 - Implant for treatment of defects in long bone, comprises layers of flat, bioresorbable material, adapted to the shape of the defect, having porosity that allows entry of cells and blood vessels - Google Patents

Implant for treatment of defects in long bone, comprises layers of flat, bioresorbable material, adapted to the shape of the defect, having porosity that allows entry of cells and blood vessels Download PDF

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Abstract

Implant (A) for treatment of long bone defects comprises at least two layers of a flat structure, made of bioresorbable material, adapted to the geometry of the defect, where the layers comprise stacks, rolls, coils and/or folds of the flat structures, and the structures and/or layers together have cavities on the outside that permit inward migration of cells and inward growth of blood vessels. Independent claims are also included for: (1) flat structures, as described, that include cavities forming an interconnected porosity; and (2) preparing (A).

Description

Die Erfindung betrifft ein Implantat, dafür bestimmte Flächengebilde zur Behandlung von Röhrenknochendefekten, insbesondere segmentalen Röhrenknochendefekten sowie ein Verfahren zur Herstellung des Implantats.The The invention relates to an implant, for certain fabrics for the treatment of tubular bone defects, in particular segmental long bone defects and a method of making the implant.

Der Verlust eines Segmentes von Knochenmasse muss im Röhrenknochen so behandelt werden, dass über eine Kompartimentierung die Knochenneubildung gefördert und zugleich ein Einwachsen von unspezifischem Bindegewebe in den Defekt möglichst verhindert wird. Weiter ist zur Aufrechterhaltung der mechanischen Funktion eine Fixierung erforderlich. Diese kann sowohl im Körperinnern als auch außerhalb zu liegen kommen.Of the Loss of a segment of bone mass must be in the long bones be treated that over a compartmentalization promoted the bone regeneration and at the same time an ingrowth of non-specific connective tissue in the defect as possible is prevented. Next is to maintain the mechanical Function requires a fixation. This can be both inside the body as well as outside to come to rest.

Die Trennung zwischen dem besagten Defektraum und dem Umgebungsgewebe kann durch eine teilpermeable resorbierbare Polymermembran erfolgen (Gerber A, Gogolewski S; Injury 33 (2002), S-B43-57). Durch die Anwendung von periostal flaps kann das gleiche Ziel erreicht werden. In beiden Fällen wird die Knochenneubildung durch autologe Spongiosa, die in das geschaffene Kompartiment eingebracht wird, unterstützt. Dabei ist man allerdings auf kleine Defektbereiche beschränkt, da körpereigenes Material zur Defektfüllung nur eingeschränkt verfügbar ist. Speziell nach Tumorresektionen sind diese Methoden daher suboptimal. Zur mechanischen Stabilisierung des Defektes wird ein Marknagel in die Markräume eingesetzt und fixiert.The Separation between the said defect space and the surrounding tissue can be done by a partially permeable resorbable polymer membrane (Gerber A, Gogolewski S, Injury 33 (2002), S-B43-57). By the Application of periostal flaps can achieve the same goal. In both cases is the new bone formation by autologous cancellous bone, which in the introduced compartment is supported. there However, one is limited to small defect areas, since endogenous Material for defect filling only limited available is. Especially after tumor resections, these methods are therefore suboptimal. For the mechanical stabilization of the defect becomes an intramedullary nail into the medullary spaces used and fixed.

Eine weitere Möglichkeit um dem neu zu bildenden Knochengewebe Raum zu erhalten, ist der Einsatz von teil-porösen Hohlzylindern aus resorbierbaren Polymeren. Getränkt mit einer Suspension aus Knochenmarkaspirat, Blut und anderen Körperfluiden werden diese koaxial um den zentralen Marknagel positioniert. Dies wurde von Davydov, Belykh, Shaposhnikov et. al. vorgeschlagen (WO 90/11726). Die geringe Porosität in Verbindung mit den Dimensionen des Implantates führt zu einer Behinderung des Stofftransportes. Damit einher geht die Problematik der Versorgung von lebendem Material im Inneren des Implantates. Der hohe Volumenanteil an Polymer kann während seines Abbaus zu einer starken Ansäuerung des Umgebungsgewebes führen, wodurch die Osteogenese unterdrückt oder verhindert werden kann.A another possibility To get the new bone tissue to make room, is the use of partially porous Hollow cylinders made of resorbable polymers. Soaked in a suspension of bone marrow aspirate, Blood and other body fluids These are coaxially positioned around the central intramedullary nail. This was by Davydov, Belykh, Shaposhnikov et. al. proposed (WO 90/11726). The low porosity in conjunction with the dimensions of the implant leads to a Obstruction of mass transport. This is accompanied by the problem of Supply of living material inside the implant. Of the high volume fraction of polymer can during its degradation to a strong acidification of surrounding tissue, thereby suppressing osteogenesis or can be prevented.

Aber auch polymere Materialien, die keiner Resorption unterliegen, werden als zeitweiliger Platzhalter eingesetzt wie z.B. PMMA (Romana MC, Masquelet AC; Plast. Reconstr. Surg. 85 (1990), 587-592). Trotz ihrer guten biologischen Verträglichkeit und mechanischen Eigenschaften, die dem Einsatz entsprechen können, überwiegt dabei der Nachteil der fehlenden Gewebefunktionen.But also polymeric materials that are not subject to absorption, are used as a temporary placeholder such as e.g. PMMA (Romana MC, Masquelet AC; Plast. Reconstr. Surg. 85 (1990), 587-592). In spite of their good biocompatibility and mechanical properties that may correspond to the use outweighs while the disadvantage of missing tissue functions.

Aus EP 12 52 905 A2 sind resorbierbare, textile Patch-Implantate aus Poly(3-hydroxybuttersäure)-Flächengebilden bekannt. Derartige Patch-Implantate werden im Wesentlichen zum Schließen von Gewebedefekten eingesetzt. Diese Implantate dürfen dabei keine Porosität aufweisen. Dadurch würde eine Kompartimentierung verhindert. Eine Kombination mit Folien wird zur Verminderung der Durchlässigleit genutzt. Weiterhin ist eine gezielte Anpassung und Vorbereitung notwendig. Eine ausreichende Zytokompatibilität wird so z. B. erst durch Plasmabehandlungen erreicht (Schmack G et al.; BIOmaterialien 3 (1) 2002, 21-25). Um einen biokompatiblen Oberflächenbereich zu erzeugen, sind weitere Maßnahmen demnach unerlässlich.Out EP 12 52 905 A2 are resorbable, textile patch implants of poly (3-hydroxybutyric acid) -Flächengebilden known. Such patch implants are used essentially for closing tissue defects. These implants must have no porosity. This would prevent compartmentalization. A combination with foils is used to reduce the Durchlässigleit. Furthermore, a targeted adaptation and preparation is necessary. A sufficient cytocompatibility is z. B. achieved only by plasma treatments (Schmack G et al, BIOmaterialien 3 (1) 2002, 21-25). To create a biocompatible surface area, further measures are therefore essential.

EP 0 744 762 B1 beschreibt gestickte chirurgische Textilimplantate, in Kombination mit einem Grundgewebe. Merkmale werden durch eine spezielle Faserkombination und eine spezielle Faltung, Windung oder Beladung mit Wachstumsfaktoren definiert. Eine biomimetische Modellierung der Nische oder gar ein in vitro Tissue Engineering werden nicht in Betracht gezogen. EP 0 744 762 B1 describes embroidered surgical textile implants in combination with a base fabric. Characteristics are defined by a special fiber combination and a special folding, winding or loading with growth factors. Biomimetic modeling of the niche or even in vitro tissue engineering are not considered.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Implantat sowie dafür bestimmte Flächengebilde zur Behandlung von Röhrenknochendefekten zu schaffen. Dabei sollen Implantat und Flächengebilde die Bildung und das Einwachsen von Knochen-, Binde- und Versorgungsgewebe fördern und steuern.task The invention is an implant as well as specific fabrics for the treatment of tubular bone defects to accomplish. In this case, the implant and the tissue formation and the Promote ingrowth of bone, connective and supply tissues and Taxes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch ein Implantat gelöst, das mindestens zwei Lagen von Flächengebilden aus bioresorbierbaren Materialien enthält, wobei die Flächengebilde und die Lagen der Flächengebilde an die Geometrie des Röhrenknochendefektes angepasst sind und die Lagen aus Stapeln und/oder Rollen und/oder Wickeln und/oder Faltungen der Flächengebilde bestehen. Dabei weisen die Flächengebilde und/oder Lagen miteinander und nach Außen verbundene Hohlräume und eine interkonnektierte Porosität auf, die das Einwandern von Zellen sowie Einwachsen von Blutgefäßen erlauben.According to the invention Task thereby solved an implant, the at least two layers of fabrics contains bioabsorbable materials, wherein the fabrics and the layers of the sheets to the geometry of the long bone defect are adapted and the layers of stacks and / or rolls and / or Winding and / or folding of the fabrics exist. there assign the fabrics and / or layers with each other and externally connected cavities and an interconnected porosity on, which allow the migration of cells and ingrowth of blood vessels.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Implantat aus mindestens zwei Lagen von teilweise oder ganz mit einer künstlichen extrazellulären Matrix beschichteten Flächengebilden.In According to an advantageous embodiment of the invention, the implant from at least two layers of partially or wholly with an artificial extracellular matrix coated fabrics.

Die für die erfindungsgemäßen Implantate bestimmten Flächengebilde bestehen aus bioresorbierbaren Materialien, sind an die Geometrie des Röhrenknochendefektes angepasst und weisen nach Innen und Außen reichende Hohlräume und eine interkonnektierte Porosität auf, die das Einwandern von Zellen sowie Einwachsen von Blutgefäßen erlaubt.The fabrics intended for the implants according to the invention consist of bioresorbable materials, are adapted to the geometry of the long bone defect and follow suit Inside and outside cavities and an interconnected porosity, which allows the ingress of cells and blood vessel ingrowth.

Die für die erfindungsgemäßen Implantate bestimmten Flächengebilde haben im unbelasteten Zustand eine Dicke von 0,05 – 5 mm. Die Flächengebilde verfügen über eine Porosität, die mindestens 60 % des Gesamtvolumens ausmacht. Diese Porosität ist interkonnektiert und macht dadurch das Porenvolumen im Inneren von der Oberfläche des Flächengebildes aus erschließbar. Mindestens 50 % der Porosität ist in Poren enthalten, die einen kleinsten Durchmesser von mehr als 40 μm haben. Dieses Volumen wird als Hauptporosität bezeichnet. Liegen mehrere Poren in der Hauptporosität aneinander, so ist der Durchmesser der Verbindungsöffnung nicht kleiner als 40 μm.The for the Determine implants according to the invention sheet have a thickness of 0.05 - 5 mm in the unloaded condition. The fabrics have one Porosity, which accounts for at least 60% of the total volume. This porosity is interconnected and thereby makes the pore volume in the interior of the surface of the sheet from accessible. At least 50% of the porosity is contained in pores that have a smallest diameter of more than 40 μm to have. This volume is called main porosity. Lying several pores in the main porosity to each other, the diameter of the connection opening is not less than 40 μm.

Die Struktur der erfindungsgemäßen Flächengebilde erlaubt es, stets so gestapelt oder gerollt zu werden, dass an den Kontaktflächen mindestens 60 % Übereinstimmung der beiden Strukturen vorhanden ist. Das bedeutet, dass mindestens 60 % der geöffneten Fläche ebenfalls auf Öffnungen des angrenzenden Bereiches zu liegen kommt.The Structure of the fabrics according to the invention allows it to always be stacked or rolled so that the contact surfaces at least 60% agreement the two structures is present. That means that at least 60% of the open area also on openings of the adjacent area comes to rest.

Die für die erfindungsgemäßen Implantate bestimmten Flächengebilde werden vorzugsweise zur Anpassung ihrer physikochemischen Oberflächeneigenschaften vor der Implantation modifiziert. Bevorzugt wird eine hydrophile Oberfläche durch nasschemische Verfahren erzeugt. Für den Fall, dass das Flächengebilde aus Polyestern besteht, wird eine hydrophile Oberfläche bevorzugt durch Behandlung mit Säuren, Basen oder Enzymen, wie z.B. Esterasen, erzeugt. Dadurch wird die Benetzbarkeit der Flächengebilde, vor allem solcher mit kleinen Nahtabständen und/oder kurzen Stichlängen bzw. – im Falle von Vliesen – engen Strukturweiten, mit wässrigen Medien für weitere Prozessschritte verbessert. Dies ist auch für den Fall der nachfolgenden Beschichtung mit Komponenten der extrazellulären Matrix von Vorteil.The for the Determine implants according to the invention sheet are preferably adapted to their physicochemical surface properties modified before implantation. Preference is given to a hydrophilic surface produced by wet chemical processes. In the event that the fabric is made of polyesters, a hydrophilic surface is preferred by treatment with acids, Bases or enzymes, e.g. Esterases generated. This will be the Wettability of the fabrics, especially those with small seam spacing and / or short stitch lengths or - in the case of Vlies - tight Structure-wide, with aqueous media for further Process steps improved. This is also true in the case of the following Coating with components of the extracellular matrix beneficial.

Die für die erfindungsgemäßen Implantate bestimmten Flächengebilde sind vorzugsweise auf einem Teil ihrer Oberfläche oder vollständig mit einer künstlichen extrazellulären Matrix beschichtet, welche die Besiedlung mit einer spezifischen Zellart fördert und/oder die Proliferation von Progenitorzellen und deren Differenzierung erlaubt.The for the Determine implants according to the invention sheet are preferably on a part of their surface or completely with an artificial one extracellular Matrix coated, which colonization with a specific Cell type promotes and / or the proliferation of progenitor cells and their differentiation allowed.

Darunter sind beispielsweise unterschiedliche Anteile der Beschichtung an der Oberfläche des Flächengebildes (vollständige Beschichtung oder teilweise Beschichtung), Unterschiede in der Zusammensetzung der künstlichen extrazellulären Matrix, in der Substrukturierung der extrazellulären Matrix und/oder im Ort der Beschichtung mit der künstlichen extrazellulären Matrix auf dem Flächengebilde zu verstehen.among them For example, different proportions of the coating on the surface of the fabric (full Coating or partial coating), differences in composition the artificial one extracellular Matrix, in the substructuring of the extracellular matrix and / or in place the coating with the artificial extracellular matrix on the sheet to understand.

Die Beschichtung des Flächengebildes erfolgt dabei ungeordnet oder geordnet, beispielsweise mittels ortsaufgelöster Mikrodosiersysteme. Ziel dieser Herangehensweise ist es, damit 3 dimensional ortsaufgelöst Prozesse der Adhäsion, Migration, Proliferation und Differenzierung unterschiedlicher Zelltypen gezielt zu steuern (Cell-Guidance).The Coating of the fabric takes place disorderly or ordered, for example by means of spatially resolved microdosing. The aim of this approach is to allow 3 dimensional spatially resolved processes the adhesion, Migration, proliferation and differentiation of different cell types targeted control (cell guidance).

Vorzugsweise wird die künstliche extrazelluläre Matrix durch gerichtete oder ungerichtete Gefriertrocknungsprozesse oder auch durch das teilweise Durchmischen der Lösung mit wässrigen Gelen aus Kohlenhydraten oder Glykosaminoglykanen substrukturiert. In beiden Fällen wird ermöglicht, dass die inneren Oberflächen des Flächengebildes (Maschen, Poren) weiter erschließbar bleiben. Dies ist vorteilhaft, um ein Einwachsen des Zellmaterials zu ermöglichen.Preferably becomes the artificial one extracellular Matrix by directional or non-directional freeze-drying processes or by partially mixing the solution with aqueous gels of carbohydrates or glycosaminoglycans. In both cases will allows that the inner surfaces of the fabric (Mesh, pores) remain accessible. This is advantageous to allow ingrowth of the cell material.

Die Zusammensetzung der künstlichen extrazellulären Matrix ist dabei abhängig von der gewünschten Gewebefunktion (z.B. Blutgefäßbildung, Knorpel, Knochen) aufgebaut.The Composition of the artificial extracellular Matrix is dependent from the desired Tissue function (e.g., blood vessel formation, cartilage, Bone).

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die künstliche extrazelluläre Matrix Strukturproteine, vorzugsweise xenogene Kollagene aller Typen, oder davon abgeleitete Polypeptide, die mit einer Flächendichte von 10 bis 100 μg/mm2 auf das Flächengebilde aufgebracht werden. Diese Strukturproteine begünstigen die gewebespezifische Adhäsion und Proliferation von humanen Zellen ex vivo und erlauben, begünstigen bzw. induzieren insbesondere die Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) oder anderen Osteoprogenitorzellen.In a preferred embodiment, the artificial extracellular matrix contains structural proteins, preferably xenogenic collagens of all types, or polypeptides derived therefrom, which are applied to the sheet with a surface density of 10 to 100 μg / mm 2 . These structural proteins favor the tissue-specific adhesion and proliferation of human cells ex vivo and in particular allow, favor or induce the differentiation of human mesenchymal stem cells (hMSC) or other osteoprogenitor cells.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind Kollagene vom Typ I oder davon abgeleitete Polypeptiden der Hauptbestandteil der künstlichen extrazellulären Matrix. Eine derartige künstliche extrazelluläre Matrix fördert insbesondere die Ausbildung von Knochengewebe.In a particularly preferred embodiment are collagen type I or polypeptides derived therefrom Main component of the artificial extracellular Matrix. Such an artificial one extracellular Matrix promotes in particular the formation of bone tissue.

Für die Behandlung von Knorpeldefekten ist bevorzugt Kollagen II Hauptbestandteil der künstlichen extrazellulären Matrix.For the treatment of cartilage defects is preferred collagen II main component of artificial extracellular Matrix.

Im Gegensatz dazu ist für eine Vaskularisierung eine gefäßanaloge künstliche extrazelluläre Matrix erforderlich. Dafür werden insbesondere Strukturproteine der Gefäßauskleidung als Bestandteil der künstlichen extrazellulären Matrix eingesetzt, bevorzugt Fibrinogen. Diese künstliche extrazelluläre Matrix, die zur der Blutgefäßbildung dient, fördert insbesondere die Besiedlung mit humanen dermalen mikrovaskulären Endothelzellen (HDMEC), Endothelprogenitorzellen und/oder erlaubt die Proliferation von humanen mesenchymalen Stammzellen und deren Differenzierung entlang einer vaskulären Endothelzell-Linie.In contrast, vascularization requires a vascular-analogous artificial extracellular matrix. In particular, structural proteins of the vessel lining are used as part of the artificial extracellular matrix, preferably fibrinogen. This artificial extracellular matrix, which is used for blood vessel formation, promotes in particular the colonization with human dermal mi endothelial progenitor cells and / or proliferation of human mesenchymal stem cells and their differentiation along a vascular endothelial cell line.

Die künstliche extrazelluläre Matrix wird vorzugsweise weiter dazu herangezogen, um dort weitere Substanzen der natürlichen extrazellulären Matrix zu immobilisieren. Durch Adsorption oder Einbau optional gefolgt von kovalenter Vernetzung werden z.B. Glykosaminoglykane (Chondroitinsulfat, Heparansulfat), Glykoproteine, Proteoglykane oder oben genannte Strukturproteine einbezogen. Diese zusätzlichen Komponenten dienen gegebenenfalls der verbesserten Differenzierung des aufgebrachten Zellmaterials. Durch Wechselwirkung mit bestimmten Supplementen der Zellkultur oder nativen Serumbestandteilen wie z.B. Zytokinen oder Hormonen entfaltet die künstliche extrazelluläre Matrix hier eine ko-stimulatorische Wirkung, die in einer vollständigeren oder beschleunigten Differenzierung resultiert. Dieses Vorgehen eröffnet z.B. die Möglichkeit, innerhalb mehrerer Flächenelemente unterschiedliche Differenzierungszustände des Zellmaterials zu generieren.The artificial extracellular Matrix is preferably further used to further there Substances of the natural extracellular Immobilize matrix. By adsorption or installation optional followed by covalent crosslinking, e.g. glycosaminoglycans (Chondroitin sulfate, heparan sulfate), glycoproteins, proteoglycans or structural proteins mentioned above. This extra Optionally, components serve for improved differentiation of the applied cell material. By interacting with certain Supplements of cell culture or native serum components such as e.g. Cytokines or hormones unfold the artificial extracellular matrix here a co-stimulatory effect, in a more complete or accelerated differentiation results. This procedure open e.g. the possibility, within several surface elements to generate different differentiation states of the cell material.

Die Flächengebilde werden vorzugsweise zu einer dreidimensionales Struktur gestapelt oder gewickelt. Die Zuordnung der Lagen und gegebenenfalls ihre Stabilisierung können durch die Fixierung an einem Marknagel, einem anderen Fixateur (8) wie beispielsweise resorbierbare Schrauben sowie durch Vernähen erfolgen.The sheets are preferably stacked or wound into a three-dimensional structure. The assignment of the layers and, if appropriate, their stabilization can be achieved by fixing to an intramedullary nail, another fixator ( 8th ), such as resorbable screws and by sewing.

Als Ausgangsmaterial für die Flächengebilde dienen vorzugsweise textile Flächengebilde aus bioresorbierbaren Materialien, beispielsweise Poly(3-hydroxybutyrat) (P3HB) oder Poly-L-Milchsäure(50mol%)-Glykolsäure(mol50%) (PLGA).When Starting material for serve the fabrics preferably textile fabrics bioabsorbable materials, such as poly (3-hydroxybutyrate) (P3HB) or poly-L-lactic acid (50mol%) - glycolic acid (mol50%) (PLGA).

Sie können durch Sticken mit resorbierbaren multi- oder monofilen Fäden auf entfernbare Trägervliese, vorzugsweise aus wasserlöslichem, nicht toxischem Polyvinylalkohol (PVA), erzeugt werden. Ebenso können andere textiltechnische Prozesse genutzt werden, um die Vorstufen der Flächengebilde zu erzeugen. Dabei werden vorteilhaft mehrere Materialien kombiniert. Auf diese Weise können ortsabhängig unterschiedliche Materialeigenschaften eingestellt werden. So wird beispielsweise eine lokale Kontrolle der Degradationsgeschwindigkeit erreicht. Indem zwei Materialien mit unterschiedlichem Degradationsverlauf in einem Flächengebilde kombiniert werden, ist es möglich eine Kompartimentierung im Randbereich zu erhalten und dennoch im Inneren in vorbedachter Weise durch schnellere Bioresorption Raum zu schaffen für natives de novo Gewebe.she can by embroidering with resorbable multi- or monofilament threads removable carrier fleece, preferably from water-soluble, non-toxic polyvinyl alcohol (PVA). Likewise, others can textile processes are used to the precursors of the fabrics to create. In this case, advantageously several materials are combined. That way you can location-dependent different material properties are set. So will for example, a local control of the degradation rate reached. By using two materials with different degradation characteristics in a plane it is possible to obtain a compartmentalization in the edge area and still in the Interior in a thoughtful way due to faster bioresorption space to create for native de novo tissue.

Es können auch filzartige nicht-gewebte Stoffe oder poröse Platten, die über Prozessschritte wie beispielsweise Schäumen, Pressen von Granulaten oder Fasern gefolgt vom Auslaugen einer löslichen Zweitphase erzeugt werden, verwendet werden.It can also felt-like non-woven fabrics or porous sheets, which are about process steps like for example foaming, Pressing of granules or fibers followed by leaching of a soluble Second phase to be generated.

Der Aufbau des dreidimensionalen Implantats aus mehreren Lagen von zweidimensionalen Flächengebilden erlaubt vorteilhaft die einfache patientenspezifische Anpassung an die vorliegende Defektgröße durch die Kombination einer geeigneten Anzahl von Lagen der verwendeten Flächengebilde bei gegebener Dicke der Flächengebilde.Of the Structure of the three-dimensional implant of several layers of two-dimensional fabrics advantageously allows easy patient-specific adaptation to the present defect size the combination of a suitable number of layers of the used At given thickness of the fabrics.

Erfindungsgemäß wird ein Implantat zur Behandlung von Röhrenknochendefekten aus mindestens zwei Lagen von Flächengebilden aus bioresorbierbaren Materialien und mit nach Innen und Außen reichenden Hohlräumen und einer interkonnektierten Porosität hergestellt, wobei die Geometrie des Röhrenknochendefektes bestimmt und in zweidimensionale Strukturmuster für die Flächengebilde übertragen wird, wobei die Flächengebilde anhand dieser Strukturdaten gefertigt werden und vor der Implantation gemäß der Defektgeometrie zusammengeführt und in den Defektraum implantiert werden.According to the invention is a Implant for the treatment of tubular bone defects from at least two layers of fabrics made of bioabsorbable materials and with inward and outward reaching cavities and an interconnected porosity, wherein the geometry of the long bone defect determined and transferred into two-dimensional structural patterns for the fabrics becomes, whereby the fabrics based on this structural data and before implantation according to the defect geometry merged and implanted in the defect space.

Die Geometrie der einzelnen Flächengebilde wird bevorzugt aus dreidimensionalen Daten der Computertomographie ermittelt. Dabei werden Patientendaten des Defektvolumens durch Anwendung gängiger Methoden zur Erzeugung von Schnittdarstellungen aus Daten der Computertomografie in zweidimensionale Strukturmuster übertragen.The Geometry of each sheet is preferably determined from three-dimensional data from computed tomography. In the process, patient data of the defect volume are obtained by using common methods for producing sectional representations from computer tomography data transferred into two-dimensional structure pattern.

Die Defektgeometrie wird in zweidimensionale Strukturmuster für die Flächengebilde übertragen. Im einfachsten Fall kann dabei auf einfache vorkonfektionierte Standardgeometrien (Ronden, Ellipsen, ...) zurückgegriffen werden. Sind 3D-Daten vorhanden kann über ein CAD-Interface die Formgebung und die Strukturierung der Flächengebilde durch beispielsweise Schnittprozesse oder Textilprozesse erfolgen. So können neben einer spezifischen Geometrie auch Gradienten in der Materialflächendichte erzeugt werden, die Kongruenz zum Gewebe aufweisen. Oder die Materialzusammensetzung wird ortsaufgelöst variiert, um beispielsweise unterschiedliche Degradationszeiten aneinander liegender Bereiche zu einzustellen.The Defect geometry is translated into two-dimensional structural patterns for the sheets. In the simplest case, it can be based on simple pre-assembled standard geometries (Discs, ellipses, ...) used become. If 3D data is available, the shaping can take place via a CAD interface and the structuring of the fabrics by For example, cutting processes or textile processes take place. So can in addition to a specific geometry, also gradients in the material surface density are generated, which have congruence with the tissue. Or the material composition is spatially resolved varies, for example, different degradation times adjoin adjacent areas.

Die so gefertigten Flächengebilde können physikochemisch oberflächenmodifiziert werden. Vorzugsweise wird die Oberfläche hydrophiliert. Dieser Schritt dient einer verbesserten Biofunktionalisierbarkeit und einer Optimierung der Oberfläche für den direkten Zell- und Gewebekontakt. Die physikochemische Modifikation kann ortsaufgelöst oder ganzflächig erfolgen, indem Säuren, Basen oder geeignete Enzyme aufgebracht werden.The fabric so produced can be physicochemical surface modified become. Preferably, the surface is hydrophilized. This step serves for improved biofunctionalization and optimization the surface for the direct cell and tissue contact. The physicochemical modification can be spatially resolved or over the entire surface done by acids, Bases or suitable enzymes are applied.

Nun kann die Aufbringung einer künstlichen extrazellulären Matrix folgen. Sie dient der Cell Guidance (Steuerung von Adhäsion, Proliferation, Differenzierung, ...) und kann aus beliebig vielen Komponenten bestehen. Die Konzentration und die Zusammensetzung der Matrix können eine Funktion des Ortes sein.Now may be the application of an artificial extracellular matrix consequences. It is used for cell guidance (control of adhesion, proliferation, differentiation, ...) and can consist of any number of components. The concentration and the composition of the matrix can be a function of the place be.

Die funktionalisierten Flächengebilde werden mit Zellen besiedelt, die Idealerweise patienteneigen sind und die Wiederherstellung der Gewebefunktion im Defekt erleichtern oder sichern. Die Zellbesiedlung der Oberflächen erfolgt aus Suspension und führt zu einer homogenen Zellbedeckung an den beiden Oberflächen des Flächengebildes. In vitro können diese Flächengebilde sehr gut kultiviertwerden. Die Erreichbarkeit der Zellen mit Nährstoffen und Supplementen ist ausgezeichnet, da keine Wege ins Volumen zurückgelegt werden müssen (Strömung statt Diffusion). So kann je nach Situation einfach zunächst die Proliferationsrate verbessert werden und eine anschließende Gabe von entsprechenden Wirkstoffen zu einer – zumindest einsetzenden – Differenzierung führen.The functionalized fabrics are colonized with cells that are ideally patient-like and facilitate the restoration of tissue function in defect or secure. The cell colonization of the surfaces takes place from suspension and leads to a homogeneous cell covering on the two surfaces of the Sheet. In vitro can these fabrics be cultivated very well. The accessibility of the cells with nutrients and Supplements are excellent as there are no paths in volume Need to become (Flow instead of diffusion). So, depending on the situation, first of all Proliferation rate can be improved and a subsequent dose of corresponding active ingredients to a - at least onset - differentiation to lead.

Vor der Implantation werden die Flächengebilde gemäß der zuvor ermittelten Defektgeometrie zusammengeführt. Es entsteht durch Stapel oder Rollen ein räumlich strukturiertes Volumen. Durch das Verfahren werden die lokalen Eigenschaften des Trägermaterials (Flächengebilde), die lokale Matrixzusammensetzung (Funktionalisierung) und das lokale Vorhandensein bestimmter Zelltypen (Besiedlung) kontrollierbar.In front The implants become the tissues according to the above determined defect geometry merged. It is created by stacks or roles one spatially structured volume. By the procedure become the local characteristics of the carrier material (Sheet), the local matrix composition (functionalization) and the local Presence of certain cell types (colonization) controllable.

Mit einer Fixierung wird dieses Konstrukt in den Defektraum implantiert.With a fixation, this construct is implanted in the defect space.

Alternativ kann die Formgebung auch durch das Ausschneiden oder Stanzen von Bereichen aus filzartigen nicht-gewebten Stoffen oder porösen Platten entsprechender Dicke mittels Laser, Wasserstrahl oder Stanzformen erfolgen.alternative The shaping can also be done by cutting or punching Areas of felt-like non-woven fabrics or porous panels corresponding thickness by laser, water jet or punching respectively.

In beiden Fällen kann ein definierter ortsaufgelöster Gradient der Materialflächendichte eingestellt werden, beispielsweise im Fall der textilen Flächengebilde durch radial verlaufende Nahtlinien im Winkelabstand von 10° und parallel zur Außenkontur geführte Nähte, die einen linearen Porositätsgradienten von 90 % (Außenbereich) zu 65% (Innenbereich) erzeugen. Diese Herangehensweise zielt auf drei Aspekte: Eine Kompartimentierung zu erreichen, die mechanischen Eigenschaften der Flächengebilde ortsaufgelöst einzustellen sowie das Einwachsen von Zellen gezielt zu steuern (Cell-Guidance).In both cases can be a defined spatially resolved Gradient of material surface density be set, for example in the case of textile fabrics by radially extending seam lines at an angular distance of 10 ° and parallel to the outer contour guided seams, the a linear porosity gradient from 90% (outdoor) to 65% (indoor) produce. This approach aims three aspects: to achieve a compartmentalization, the mechanical Set properties of the fabrics spatially resolved and to control the ingrowth of cells in a targeted manner (cell guidance).

Durch das Aufeinanderstapeln mehrerer Lagen einzelner unterschiedlich beschichteter Flächengebildewebe werden im Implantat vorteilhaft funktionell unterschiedliche Bereiche erzeugt, die je nach Zusammensetzung der künstlichen extrazellulären Matrix bzw. je nach Vorbesiedlung mit unterschiedlichen Zellarten verschiedene Gewebefunktionen ausüben, z.B. die Bildung von Knochengewebe, Knorpelgewebe oder die Einsprossung von Blutgefäßen.By the stacking of several layers of individual different coated fabric fabric In the implant advantageously functionally different areas produced, depending on the composition of the artificial extracellular matrix or different depending on the pre-colonization with different cell types Exercise tissue functions, e.g. the formation of bone tissue, cartilaginous tissue or sprouting of blood vessels.

In einer Operation wird der Defektraum mit dem Implantat aufgefüllt, wobei die unterschiedlich beschichteten und ggf. mit Zellen besiedelten Flächengebilde bevorzugt alternierend so gestapelt werden, dass Kongruenz zum umgebenden Gewebe besteht.In an operation, the defect space is filled with the implant, wherein the differently coated and possibly populated with cells sheet preferably alternately stacked so that congruence with the surrounding Fabric exists.

Das erfindungsgemäße Implantat ermöglicht so beispielsweise das Auffüllen von segmentalen Defekten in Röhrenknochen mit einem Stapel aus beschichteten Flächengebilden, die mit einem zentralen Marknagel als Fixateur stabilisiert werden.The implant according to the invention allows so for example, filling of segmental defects in long bones with a stack of coated fabrics that come with a central intramedullary nail to be stabilized as a fixator.

In Folge der Implantation entstehende Bohrungen können ebenfalls durch das Einbringen eines Stapels von beschichteten Flächengebilden versorgt werden. In der Epiphyse des Röhrenknochens kann dabei ein Stapel eingebracht werden, der in der obersten Schicht mit knorpeltypischen Bindegewebskomponenten wie beispielsweise Kollagen II und Hyaluronsäure funktionalisiert ist.In As a result of the implantation resulting holes can also by introducing a stack of coated fabrics are supplied. In the epiphysis of the long bone In this case, a stack can be introduced which is in the uppermost layer with cartilage-type connective tissue components such as collagen II and hyaluronic acid functionalized.

Besonders vorteilhaft ist es, die mit der extrazellulären Matrix beschichteten Flächengebilde im Zellkulturmedium vor dem Zusammensetzen des Implantats mit defekt und defektumgebungstypischen Zellen zu kontaktieren, da die auf den Flächengebilden adhärenten Zellen durch die lose Anordnung der Flächengebilde im Medium besser durch Nährstoffe und Supplemente erreichbar sind als bei herkömmlichen Verfahren. Dies erlaubt eine erhöhte Proliferationsausbeute in Kombination mit einer folgenden beschleunigten Differenzierung von Progenitorzellen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stammen die genutzten Zellen vom Patienten selbst. Zugleich resultieren aus dieser vorteilhaften Vorgehensweise im Volumen homogen mit gleichartigen oder verschiedenartigen Zelltypen besiedelte dreidimensionale Implantate.Especially It is advantageous to coat the fabrics coated with the extracellular matrix in the cell culture medium prior to assembly of the implant with defective and defective environment-typical cells to contact, as the on the fabrics adherent Cells by the loose arrangement of the fabrics in the medium better through nutrients and Supplements are achievable than with conventional methods. This allows an increased Proliferation yield in combination with a following accelerated Differentiation of progenitor cells. In a particularly preferred embodiment invention, the cells used come from the patient himself. At the same time result from this advantageous procedure in Volume homogeneous with similar or different cell types populated three-dimensional implants.

Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigenBased of the following embodiments the invention closer explained. In the drawings show

1: eine schematische Darstellung der Herstellung eines erfindungsgemäßen Implantats aus mehreren Lagen von unterschiedlich beschichteten Flächengebilden, 1 : a schematic representation of the production of an implant according to the invention from several layers of differently coated fabrics,

2: ein erstes textiles Flächengebilde, 2 : a first textile fabric,

3: ein zweites textiles Flächengebilde, 3 : a second textile fabric,

4: ein drittes textiles Flächengebilde, 4 a third textile fabric,

5: ein viertes textiles Flächengebilde, 5 a fourth textile fabric,

6: ein mit Fäden fixierter Stapel, 6 : a pile fixed with threads,

7: ein mit einem Marknagel fixierter und verstärkter Stapel, 7 a staple fixed and reinforced with an intramedullary nail,

8: ein Band aus Flächengebilden zur Bildung eines Stapels, 8th : a band of fabrics to form a stack,

9: ein Wickel aus zwei Flächengebilden, 9 a wrap of two fabrics,

10: ein Flächengebilde aus einem Vlies, 10 : a sheet of a nonwoven,

11: ein Flächengebilde aus einer porösen Platte. 11 : a sheet of a porous plate.

In den beigefügten Zeichnungen werden folgende Bezugszeichen verwendet:In the attached Drawings use the following reference numerals:

11
Flächengebildesheet
22
Fadenthread
33
MarknagelMark Nagel
44
konturiertes Bandcontoured tape
55
Lochhole
66
ortsaufgelöst funktionalisierte Bereichespatially resolved functionalized areas
77
Stapelstack
88th
Fixateurfixator

Ausführungsbeispieleembodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung, anhand welcher erläutert wird, wie aus mehreren Lagen von textilen Flächengebilden 1 ein erfindungsgemäßes Implantat zur Behandlung eines Röhrenknochendefekts aufgebaut wird. 1 shows a schematic representation, is explained by means of which, as from several layers of textile fabrics 1 an implant according to the invention for the treatment of a long bone defect is constructed.

2 zeigt ein textiles Flächengebilde 1, das kreisförmig mit zwanzig mm Durchmesser ist, eine mittige konzentrische kreisförmige Öffnung von vier mm Durchmsser aufweist, wobei Stichlänge und Nahtabstand 0,6 nun betragen. Zusätzlich enthält das textile Flächengebilde 1 vier radial angeordnete, gleichverteilte Schlitze mit einer Breite von einem mm. 2 shows a textile fabric 1 which is circular with a diameter of twenty mm, has a central concentric circular opening of four mm diameter, the stitch length and the seam spacing being 0.6 mm. In addition, the textile fabric contains 1 four radially arranged, equally distributed slots with a width of one mm.

3 zeigt ein zweites textiles Flächengebilde 1 mit interkonnektiertem Hohlvolumen (Maschenräume). Die Struktur verfügt über orthogonal sowie umlaufend verlaufende Nahtlinien. Die Konturform ist gemäß der ermittelten Defektgeometrie frei erzeugbar und stammt vorzugsweise aus patientenspezifischen Daten. 3 shows a second textile fabric 1 with interconnected hollow volume (mesh spaces). The structure has orthogonal and circumferential seam lines. The contour shape can be freely generated according to the determined defect geometry and is preferably derived from patient-specific data.

4 zeigt ein drittes textiles Flächengebilde 1 ähnlich dem aus 3, das zusätzlich mit einer zentralen Öffnung von 4 mm Durchmesser versehen ist und eine unterschiedliche Materialflächendichte aufweist. Die Nahtlinien verlaufen parallel zur Außenkontur und radial im Winkelabstand von 10° und erzeugen einen linearen Porositätsgradienten von 90 % (Außenbereich) zu 65% (Innenbereich). 4 shows a third textile fabric 1 similar to that 3 , which is additionally provided with a central opening of 4 mm diameter and has a different material surface density. The seam lines run parallel to the outer contour and radially at an angular distance of 10 ° and produce a linear porosity gradient of 90% (outdoor area) to 65% (indoor area).

5 zeigt das Flächengebilde 1 aus 4, jedoch ortsaufgelöst mit einer künstlichen extrazellulären Matrix beschichtet. Durch den Grauwert der Fläche wird die Flächenkonzentration dargestellt, wobei schwarz die maximale Flächenkonzentration und weiß die minimale Flächenkonzentration darstellt. 5 shows the fabric 1 out 4 , but spatially resolved coated with an artificial extracellular matrix. The gray value of the area shows the area concentration, where black represents the maximum area concentration and white represents the minimum area concentration.

6 zeigt drei aufeinander gestapelte Flächengebilde 1 gemäß 3, deren Lage zueinander durch fadenförmige Befestigungselemente 2 fixiert ist, die etwa senkrecht durch die Flächengebilde 1 verlaufen. 6 shows three stacked sheets 1 according to 3 their position to each other by thread-like fasteners 2 is fixed, which is approximately perpendicular through the fabric 1 run.

7 zeigt drei übereinander gestapelte Flächengebilde 1, die in ihrer Lage zueinander auf einem Marknagel 3 befestigt sind. Die drei Flächengebilde sind ortsaufgelöst unterschiedlich beschichtet (1a und 1b). 7 shows three stacked sheets 1 which are in position to each other on an intramedullary nail 3 are attached. The three fabrics are spatially differently coated ( 1a and 1b ).

8 zeigt ein konturiertes Band 4 aus einem Vlies, das einem Librello aus zusammenhängenden, mittig gelochten rondenförmigen Flächengebilden 1 entspricht. Der Durchmesser aller rondenförmigen Flächenelemente 1 beträgt 35 mm, der überlappende Bereich hat eine maximale Ausdehnung von 5 mm. Die Löcher 5 haben einen Durchmesser von 5 mm. Dieses Band 4 wird analog Ausführungsbeispiel 2 mit einer Matrix aus Kollagen I und Chondroitin-4-sulfat beschichtet. An einer definierten Position wird eine zusätzliche ortsaufgelöste Beschichtung mit Heparansulfat 6 analog Ausführungsbeispiel 1 eingebracht, die beim Falten zu einem kongruenten Volumen dieser Funktionalisierung führt. 8th shows a contoured band 4 made of a fleece, which is a librello made of coherent, centrally perforated ronde-shaped fabrics 1 equivalent. The diameter of all ronde-shaped surface elements 1 is 35 mm, the overlapping area has a maximum extension of 5 mm. The holes 5 have a diameter of 5 mm. This band 4 is coated in accordance with Embodiment 2 with a matrix of collagen I and chondroitin-4-sulfate. At a defined position becomes an additional spatially resolved coating with heparan sulfate 6 introduced analogously to Example 1, which leads to a congruent volume of this functionalization during folding.

Durch Falten des konturierten Bandes 4 entsteht ein Stapel 7 aus Flächengebilden 1. Dabei wird in jeden Knick ein weiteres rondenförmiges Flächengebilde 1 eingelegt, das ebenfalls ortsaufgelöst mit Heparansulfat funktionalisiert 6 ist. Diese Funktionalisierung reicht jedoch bis zum Rand des Konstruktes und stellt so einen Kontakt dieses Volumens mit der äußeren Grenzfläche des Implantates her. Das konturierte Band 4 und die rondenförmigen Flächengebilde 1 verfügen über ortsaufgelöst funktionalisierte Bereiche 6 und Löcher 5, die beim Stapel 7 kongruent zueinander zu liegen kommen.By folding the contoured band 4 a pile is created 7 from fabrics 1 , This is in each kink another Ronde-shaped sheet 1 which is also functionalized with heparan sulfate in a spatially resolved manner 6 is. However, this functionalization extends to the edge of the construct, thus establishing contact of this volume with the outer interface of the implant. The contoured band 4 and the Ronde-shaped fabrics 1 have spatially resolved functionalized areas 6 and holes 5 that at the stack 7 to be congruent with each other.

Die Besiedlung und Vorkultur erfolgt gemäß Ausführungsbeispiel 1. Fixiert wird mittig mit einem Marknagel.The colonization and preculture takes place according to Embodiment 1 is fixed centrally with an intramedullary nail.

9 zeigt zwei aufeinander liegende Flächengebilde und , die um einen Fixateur 8 im Defektraum gewickelt werden. 9 shows two superimposed sheets and having a fixator 8th to be wound in the defect space.

Es werden durch Sticken mit Parametern aus Ausführungsbeispiel 1 rechteckige Flächengebilde 1 erzeugt (30 mm × 200 mm). Das erste Flächengebilde wird mit Matrix 1 aus Ausführungsbeispiel 2 beschichtet. Das zweite Flächengebilde erhält eine Funktionalisierung mit Heparansulfat analog Ausführungsbeispiel 1. Die beiden Flächengebilde und werden übereinander gelegt, um einen Fixateur 8 gewickelt und mit geeignetem Nahtmaterial am Fixateur befestigt. Die Besiedlung und Vorkultur erfolgt gemäß Ausführungsbeispiel 1.There are by embroidering with parameters of embodiment 1 rectangular sheets 1 generated (30 mm × 200 mm). The first fabric becomes with matrix 1 coated from embodiment 2. The second fabric receives a functionalization with heparan sulfate analog embodiment 1 , The two fabrics and are superimposed to a fixator 8th wrapped and attached to the fixator with suitable suture material. The colonization and preculture is carried out according to Embodiment 1.

10 zeigt ein Flächengebilde 1, das durch schneidende Formgebungsverfahren aus einem Vlies gewonnen wurde. 10 shows a sheet 1 , which was obtained by a cutting process from a nonwoven fabric.

11 zeigt ein aus einem interkonnektiert porösen flachen Halbzeug ausgestanztes Flächengebilde 1. 11 shows a fabric punched out of an interconnected porous flat semi-finished product 1 ,

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Behandlung eines Röhrenknochendefektes von 3 cm Länge Zur Behandlung eines Röhrenknochendefekts von 3 cm Länge werden zunächst zwei verschiedene textile Flächengebilde 1 (Scaffolds) aus 12-filamentären Fäden aus Poly(3-hydroxybutyrat) (P3HB) auf ein Trägervlies aus Polyvinylalkohol mit Doppelsteppstich gestickt.Treatment of a long bone defect of 3 cm in length To treat a long bone defect of 3 cm in length, initially two different textile fabrics are used 1 (Scaffolds) from 12 filamentary threads of poly (3-hydroxybutyrate) (P3HB) embroidered on a backing fleece made of polyvinyl alcohol with lockstitch.

Ein erstes textile Flächengebilde dient nach entsprechender Präparation zur Besiedlung mit Osteoblasten, welche auf diesem ein Knochengewebe aufbauen (siehe 1 unten). Ein zweites textiles Flächengebilde dient nach entsprechender Präparation zur Besiedlung mit Endothelzellen, welche auf diesem vaskuläres Gewebe aufbauen (siehe 1 oben).A first textile fabric is used after appropriate preparation for colonization with osteoblasts, which build on this a bone tissue (see 1 below). A second textile fabric is used after appropriate preparation for colonization with endothelial cells, which build on this vascular tissue (see 1 above).

Das erste textile Flächengebilde (Typ 1) ist kreisförmig, 20 mm Durchmesser, und hat eine mittige konzentrische kreisförmige Öffnung von 4 mm Durchmesser, Stichlänge und Nahtabstand betragen 0,6 mm. Das zweite textile Flächengebilde (Typ 2) enthält zusätzlich 4 radial angeordnete, gleichverteilte Schlitze mit einer Breite von 1 mm (siehe 2).The first fabric (type 1) is circular, 20 mm in diameter, and has a central concentric circular opening of 4 mm in diameter, stitch length and seam spacing are 0.6 mm. The second textile fabric (type 2) additionally contains 4 radially arranged, uniformly distributed slots with a width of 1 mm (see 2 ).

Die fertig gestickten Flächengebilde 1 werden durch Spülen mit 60°C warmem Wasser, in dem sich der Polyvinylalkohol auflöst, von dem Trägervlies gelöst. Eventuell vorhandene Reste silikonhaltiger Schmierstoffe werden in einem Reinst-Heptan-Bad bei Raumtemperatur aus den textilen Flächengebilden 1 entfernt. Durch ein anschließendes Eintauchen der textilen Flächengebilde 1 in methanolische (50 % v/v) Natronlauge (1,5 mol/l) für eine Dauer von 30 min wird die Oberfläche der textilen Flächengebilde 1 hydrophilisiert.The finished embroidered fabrics 1 are dissolved by rinsing with 60 ° C warm water in which dissolves the polyvinyl alcohol, from the carrier fleece. Any existing residues of silicone-containing lubricants are in a high-purity heptane bath at room temperature from the textile fabrics 1 away. By a subsequent immersion of the textile fabrics 1 in methanolic (50% v / v) sodium hydroxide solution (1.5 mol / l) for a period of 30 min, the surface of the textile fabrics 1 hydrophilized.

Zur Beschichtung des ersten textilen Flächengebildes 1 (Typ 1) wird eine Tropokollagen-I-Lösung (10 mg/ml in 10 mmol/l Essigsäure) enthaltend Chondroitin-4-sulfat (2 mg/ml) hergestellt. Der pH-Wert wird durch geeignete Puffer auf 7,4 eingestellt. Ein Kollagen-Massen-Äquivalent von 30 μg/mm2 wird auf die textilen Flächengebilde gegeben und zur Ausbildung einer Struktur bei 37 °C für 12 h inkubiert. Das Einfrieren bei –20 °C, anschließendes Gefriertrocknen, das Vernetzen mit EDC (N-Ethyl-N'-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimid) (CAS 25952-53-8, 20 mg/ml, pH 5,5) und abschließendes Spülen mit Kochsalzlösung und destilliertem Wasser gewährleisten eine Substrukturierung. Die so hergestellten textilen Flächengebilde 1 werden mit Ethylenoxid sterilisiert.For coating the first textile fabric 1 (Type 1 ), a tropocollagen I solution (10 mg / ml in 10 mmol / l acetic acid) containing chondroitin 4-sulfate (2 mg / ml) is prepared. The pH is adjusted to 7.4 by appropriate buffers. A collagen mass equivalent of 30 μg / mm 2 is applied to the fabrics and incubated for 12 hours to form a pattern at 37 ° C. Freezing at -20 ° C, followed by freeze-drying, crosslinking with EDC (N-ethyl-N '- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide) (CAS 25952-53-8, 20 mg / ml, pH 5.5) and final rinsing with saline and distilled water ensure substructuring. The textile fabrics thus produced 1 are sterilized with ethylene oxide.

Die Beschichtung des zweiten textilen Flächengebildes 1 (Typ 2) erfolgt entsprechend, jedoch wurde Chondroitin-4-sulfat ersetzt durch 0,5 mg/ml Heparansulfat.The coating of the second textile fabric 1 (Type 2) is done accordingly, but chondroitin-4-sulfate was replaced with 0.5 mg / ml heparan sulfate.

Die sterilisierten textilen Flächengebilde werden aus gerührter Suspension mit amplifizierten humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) besiedelt. Die mittlere Zellzahl liegt bei 2,5 105 pro textilem Flächengebilde.The sterilized textile fabrics be stirred out Suspension with amplified human mesenchymal stem cells (hMSC) populated. The average number of cells is 2.5 105 per textile fabric.

Die Kultivierung für die textilen Flächengebilde 1 vom Typ 1 erfolgt in Perfusionskultur. Als Medium kommt DMEM (Dulbecco's Minimum Essential Medium), mit Zusatz von 10 % autologem Serum, Dexamethason (10nMol/l), b-GP (beta-Glycerophosphat) (10 mMol/l), Ascorbat (50 μg/ml) zum Einsatz.Cultivation for the textile fabrics 1 Type 1 is perfusion culture. The medium used is DMEM (Dulbecco's minimum essential medium), with the addition of 10% autologous serum, dexamethasone (10 nmol / l), b-GP (beta-glycerophosphate) (10 mmol / l), ascorbate (50 μg / ml) ,

Die Kultivierung für die textilen Flächengebilde 1 vom Typ 2 erfolgt auch in Perfusionskultur. Als Medium kommt DMEM, mit Zusatz von 10 % autologem Serum zum Einsatz. Die Flussraten sind so gewählt, dass sich konstante pH-Werte und Nährstoffkonzentrationen einstellen.Cultivation for the textile fabrics 1 Type 2 is also in perfusion culture. The medium used is DMEM, with the addition of 10% autologous serum. The flow rates are chosen so that constant pH values and nutrient concentrations are established.

Nach 15 bis 20 Tagen Kulturdauer werden die mit Zellen besiedelten textilen Flächengebilde 1 steril entnommen und am Implantationsort auf den Marknagel 3 gesteckt. Die empfohlene Reihenfolge entsteht durch Stapeln von 3 Serien aus 9 textilen Flächengebilden 1 vom Typ 1 und 1 textilem Flächengebilde vom Typ 2. Durch dieses Stapeln wird ein Gewebeersatz nach dem Prinzip des Tissue Engineering (TE – 1) aufgebaut, der bei der Implantation den Knochendefekt ausfüllt.After 15 to 20 days of culture, the cell-populated textile fabrics become 1 taken sterile and at the implantation site on the intramedullary nail 3 plugged. The recommended sequence is formed by stacking 3 series from 9 textile fabrics 1 Type 1 and Type 2 textile fabric. By this stacking, a tissue replacement according to the principle of tissue engineering (TE 1 ), which fills the bone defect during implantation.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Zur Behandlung von 3 cm Defektlänge:For the treatment of 3 cm Defect length:

Alle Flächengebilde 1 werden aus 12-filamentären Fäden aus P3HB auf ein Vlies aus Polyvinylalkohol gestickt (Doppelsteppstich). Das Auslösen des Trägers erfolgt mit warmem Wasser (T = 60°C) in großem Überschuss. Silikonhaltige Schmierstoffe werden in einem Reinst-Heptan-Bad bei Raumtemperatur aus den Konstrukten entfernt. Das Eintauchen in methanolische (50 % v/v) Natronlauge (1,5 M) für eine Dauer von 30 min dient der oberflächlichen Hydrophilierung. Nach der Beschichtung der Flächengebilde 1 (s.u.) erfolgt die Sterilisation mit Ethylenoxid. Die sterilisierten Flächengebilde 1 werden aus gerührter Suspension mit amplifizierten expandierten hMSC besiedelt. Die mittlere Zellzahl liegt bei 2,5 105 pro Flächengebilde 1.All fabrics 1 are made of 12 filamentary threads of P3HB embroidered on a fleece made of polyvinyl alcohol (lockstitch). The carrier is triggered with warm water (T = 60 ° C) in large excess. Silicone-containing lubricants are removed from the constructs in a high-purity heptane bath at room temperature. The immersion in methanolic (50% v / v) sodium hydroxide solution (1.5 M) for a period of 30 minutes is used for superficial hydrophilization. After coating the fabrics 1 (see below), the sterilization is carried out with ethylene oxide. The sterilized fabrics 1 are colonized from stirred suspension with amplified expanded hMSC. The mean cell number is 2.5 10 5 per sheet 1 ,

P3HB-Flächengebilde vom Typ 1:P3HB-sheet Type 1:

Analog zu den Ausführungen zu 4.Analogous to the comments on 4 ,

Matrix für P3HB-Flächengebilde vom Typ 1:Matrix for P3HB sheets Type 1:

Eine Tropokollagen-I-Lösung (10 mg ml–1 in 10 mM Essigsäure) enthaltend Chondroitin-4-sulfat (2 mg ml–1) wird hergestellt. Der pH-Wert wird durch einen Puffer auf 7,4 eingestellt. Die Aufbringung erfolgt ortsaufgelöst aus einem Mikrodosiersystem in solcher Weise, dass die Kollagenflächenkonzentration dem Porositätsgradienten entsprechend von außen nach innen abnimmt (5). Entlang des Umfanges wird auf einer Breite von 3 mm ein Streifen eines Fibronektingeles (10 mg/ml) dosiert, um dort die Zelladhäsion zu steigern. Die Strukturbildung dauert bei 37 °C 12 h.A tropocollagen I solution (10 mg ml -1 in 10 mM acetic acid) containing chondroitin 4-sulfate (2 mg ml -1 ) is prepared. The pH is adjusted to 7.4 by a buffer. The application is carried out spatially resolved from a microdosing system in such a way that the collagen surface concentration corresponding to the porosity gradient decreases from the outside inwards ( 5 ). Along the circumference, a strip of fibronectin gel (10 mg / ml) is dosed over a width of 3 mm in order to increase cell adhesion there. Structure formation lasts 12 h at 37 ° C.

P3HB-Flächengebilde vom Typ 2:P3HB-sheet Type 2:

  • wie Typ 1, jedoch zusätzlich mit 4 radial angeordneten, gleichverteilten Schlitzen mit einer Breite von 1 mm;like type 1, but in addition with 4 radially arranged, evenly distributed slots with a Width of 1 mm;

Matrix Typ 2:Matrix Type 2:

  • wie Matrix Typ 1, jedoch wurde Chondroitin-4-sulfat ersetzt durch 0,5 mg ml–1 Heparansulfat. Die Aufbringung des Fibronektingeles erfolgt hierbei analog der Kollagenbeschichtung.however, chondroitin 4-sulfate was replaced with 0.5 mg ml -1 heparan sulfate. The application of the fibronectin is carried out analogously to the collagen coating.

Die Kultivierung für die Flächengebilde vom Typ 1 erfolgt in Perfusionskultur. Als Medium kommt DMEM, mit Zusatz von 10 % autologem Serum, Dexamethason (10nM), b-GP (10 mM), Ascorbat (50 μg ml–1) zum Einsatz.The cultivation for the type 1 fabrics takes place in perfusion culture. The medium used is DMEM supplemented with 10% autologous serum, dexamethasone (10 nM), b-GP (10 mM), ascorbate (50 μg ml -1 ).

Die Kultivierung für der Flächengebilde vom Typ 2 erfolgt auch in Perfusionskultur. Als Medium kommt DMEM, mit Zusatz von 10 % autologem Serum zum Einsatz. Die Flussraten sind so zu wählen, dass sich konstante pH-Werte und Nährstoffkonzentrationen einstellen.The Cultivation for the fabric Type 2 is also in perfusion culture. As a medium comes DMEM, with the addition of 10% autologous serum. The flow rates are to be chosen so that Constant pH values and nutrient concentrations to adjust.

Nach 15 bis 20 Tagen Kulturdauer werden die Zell-Matrix-Konstrukte steril entnommen und am Implantationsort auf den Marknagel 3 gesteckt (7).After 15 to 20 days culture time, the cell-matrix constructs are removed sterile and placed on the intramedullary nail at the implantation site 3 stuck ( 7 ).

Ausführungsbeispiel 3:Embodiment 3

Behandlung von 1 cm Bohrdefekt an der Epiphyse:Treatment of 1 cm drill defect at the epiphysis:

Ausgangsprodukt zur Herstellung der Flächengebilde 1 ist ein genadeltes Filzvlies aus einem multifilen Poly-L-Milchsäure(50mol%)-Glykolsäure(mol50%) (PLGA) Faden. Mittels Stanzform werden Flächengebilde 1 ausgeschnitten, die als Stapel der erzeugten Bohrlochgeometrie entsprechen. Es erfolgen Hydrophilierung und Sterilisation.Starting material for the production of the fabrics 1 is a needled felt fleece made of a multifilament poly-L-lactic acid (50mol%) - glycolic acid (mol50%) (PLGA) thread. By means of stamping form sheets 1 cut out, which correspond as a stack of the generated bore hole geometry. Hydrophilization and sterilization take place.

Die Form der PLGA-Flächengebilde 1 sind dem Bohrdurchmesser angepasste Ronden (s. 11).The shape of the PLGA sheet 1 are the bore diameter adapted blanks (s. 11 ).

Matrix Typ 1:Matrix Type 1:

Eine sterile Tropokollagen-II-Lösung (10 mg ml–1 in 10 mM Essigsäure) enthaltend Hyaluronsäure (2 mg ml–1) wird hergestellt. Der pH-Wert wird durch einen Puffer auf 7,4 eingestellt. Dabei wird eine physiologische Osmolarität erreicht.A sterile tropocollagen II solution (10 mg ml -1 in 10 mM acetic acid) containing hyaluronic acid (2 mg ml -1 ) is prepared. The pH is adjusted to 7.4 by a buffer. In this case, a physiological osmolarity is achieved.

Matrix Typ 2:Matrix Type 2:

Eine Tropokollagen-I-Lösung (10 mg ml–1 in 10 mM Essigsäure) enthaltend Chondroitin-4-sulfat (2 mg ml–1) wird hergestellt.A tropocollagen I solution (10 mg ml -1 in 10 mM acetic acid) containing chondroitin 4-sulfate (2 mg ml -1 ) is prepared.

Im Falle der Matrix 1 wird vor der Fibrillogenese das Gel mit patienteneigenen Knorpelzellen (Chondrozyten) vermischt und auf den Flächengebilden in chondrogen differenzierendem Medium vorkultiviert. Dies kann vor oder während des Eingriffes erfolgen.in the In the case of matrix 1, the gel with patient's own is prior to fibrillogenesis Cartilage cells (chondrocytes) mixed and on the fabrics precultivated in chondrogenic differentiating medium. This can before or during of the procedure.

Die Kultivierung für die Flächenelemente 1 vom Typ 2 erfolgt vor der Operation in Perfusionskultur mit osteogenen Zusätzen. Nach 15-20 Tagen Kulturdauer werden die Zell-Matrix-Konstrukte steril entnommen.Cultivation for the surface elements 1 Type 2 is performed in perfusion culture with osteogenic additives prior to surgery. After 15-20 days of culture, the cell-matrix constructs are removed under sterile conditions.

So kann der innere Defektraum mit mehreren Lagen der knochenspezifischen Flächenelemente 1 des Typs 2 gefüllt werden. Den Abschluss bilden zwei Lagen aus Flächenelementen 1 des Typs 1. Die außenliegende, leicht vergrößerte Lage wird zur Fixierung am Periost vernäht.Thus, the inner defect space with multiple layers of bone-specific surface elements 1 Type 2 are filled. The conclusion is formed by two layers of surface elements 1 of type 1. The outer, slightly enlarged position is sutured to the fixation on the periosteum.

Claims (29)

Implantat zur Behandlung von Röhrenknochendefekten, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat mindestens zwei Lagen von Flächengebilden aus bioresorbierbaren Materialien enthält, dass die Flächengebilde und die Lagen der Flächengebilde an die Geometrie des Röhrenknochendefektes angepasst sind, dass die Lagen aus Stapeln und/oder Rollen und/oder Wickeln und/oder Faltungen der Flächengebilde bestehen und dass die Flächengebilde und/oder Lagen miteinander und nach Außen verbundene Hohlräume aufweisen, die das Einwandern von Zellen sowie Einwachsen von Blutgefäßen erlauben.Implant for the treatment of long bone defects, characterized in that the implant contains at least two layers of fabrics of bioresorbable materials, that the fabrics and the layers of the fabrics are adapted to the geometry of the long bone defect, that the layers of stacks and / or rollers and / or Winding and / or folding of the sheets exist and that the sheets and / or layers have mutually and externally connected cavities, which allow the migration of cells and ingrowth of blood vessels. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen und/oder Flächengebilde teilweise oder ganz mit einer künstlichen extrazellulären Matrix beschichtet sind.Implant according to claim 1, characterized in that that the layers and / or fabrics partially or entirely with an artificial one extracellular Matrix are coated. Implantat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Teile eines Flächengebildes oder wenigstens zwei Flächengebilde unterschiedlich beschichtet sind.Implant according to claim 2 or 3, characterized that parts of a sheet or at least two sheets are coated differently. Implantat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der extrazellulären Matrices die Besiedlung mit Osteoprogenitorzellen oder Osteoblasten fördert.Implant according to claim 2 or 3, characterized that one of the extracellular Matrices colonization with osteoprogenitor cells or osteoblasts promotes. Implantat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der extrazellulären Matrices die Besiedlung mit Chondroprogenitorzellen oder Chondrozyten fördert.Implant according to one of claims 2 to 4, characterized that one of the extracellular Matrices colonization with chondroprogenitor cells or chondrocytes promotes. Implantat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der extrazellulären Matrices die Besiedlung mit Endothelprogenitorzellen oder Endothelzellen fördert.Implant according to one of claims 2 to 5, characterized that one of the extracellular Matrices colonization with endothelial progenitor cells or endothelial cells promotes. Implantat nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Flächengebilde hydrophiliert ist.Implant according to one of claims 2 to 6, characterized that the surface the fabric is hydrophilized. Implantat nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Flächengebilde mit Kollagen I beschichtet ist.Implant according to one of claims 2 to 7, characterized that at least one sheet coated with collagen I. Implantat nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Flächengebilde mit Kollagen II beschichtet ist.Implant according to one of claims 2 to 8, characterized that at least one sheet coated with collagen II. Implantat nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Flächengebilde mit Heparansulfat beschichtet ist.Implant according to one of claims 2 to 9, characterized that at least one sheet coated with heparan sulfate. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teile eines Flächengebildes oder wenigstens zwei Flächengebilde ortsaufgelöst strukturiert sind.Implant according to claim 1, characterized in that that parts of a sheet or at least two sheets spatially resolved are structured. Implantat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Teile eines Flächengebildes oder wenigstens zwei Flächengebilde eine unterschiedliche Materialflächendichten aufweisen.Implant according to claim 1, characterized that parts of a sheet or at least two sheets a different material surface densities exhibit. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Flächengebilde unterschiedliche äußere Konturen aufweisen.Implant according to claim 1, characterized in that that at least two sheets different outer contours exhibit. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf wenigstens einem Flächengebilde ortsaufgelöst strukturiert ist.Implant according to claim 2, characterized in that the coating is structured so as to be spatially resolved on at least one fabric is. Implantat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels Gefriertrocknen strukturiert ist.Implant according to claim 14, characterized in that that the coating is structured by freeze drying. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der aufeinander liegenden Flächengebilde in ihrer Lage zueinander fixiert sind.Implant according to claim 1, characterized in that that at least a part of the superimposed sheets are fixed in position to each other. Implantat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächengebilde um einen Marknagel angeordnet oder mittels eines resorbierbaren Fixateurs fixiert sind.Implant according to claim 16, characterized in that that the fabrics arranged around an intramedullary nail or by means of a resorbable Fixateurs are fixed. Implantat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung der Lagen der Flächengebilde fadenförmige Befestigungselemente vorgesehen sind, die etwa senkrecht durch die Flächengebilde verlaufen.Implant according to claim 16, characterized in that that provided for fixing the layers of the fabric thread-like fastening elements are that run approximately vertically through the fabric. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Flächengebilde ein textiles Flächengebilde ist.Implant according to claim 1, characterized in that that at least one sheet a textile fabric is. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Flächengebilde aus bioresorbierbarem Polyhydroxyalkanoat, bevorzugt aus Poly(3-Hydroxybuttersäure), gefertigt ist.Implant according to claim 1, characterized in that that the textile fabric made of bioresorbable polyhydroxyalkanoate, preferably made of poly (3-hydroxybutyric acid) is. Flächengebilde für ein Implantat zur Behandlung von Röhrenknochendefekten, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde aus bioresorbierbaren Materialien besteht, dass das Flächengebilde an die Geometrie des Röhrenknochendefektes angepasst ist und dass das Flächengebilde nach Innen und Außen reichende Hohlräume und eine interkonnektierte Porosität aufweist, die das Einwandern von Zellen sowie Einwachsen von Blutgefäßen erlaubt.sheet for a Implant for the treatment of tubular bone defects, characterized in that the sheet of bioresorbable Materials consists of that the fabric the geometry of the long bone defect is adjusted and that the sheet inside and outside reaching cavities and an interconnected porosity that is immigrant of cells as well as ingrowth of blood vessels allowed. Flächengebilde nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens Teile des Flächengebildes ortsaufgelöst strukturiert sind und/oder eine unterschiedliche Materialflächendichte und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen.sheet according to claim 21, characterized in that at least parts of the fabric spatially resolved are structured and / or a different material surface density and / or have a different material composition. Flächengebilde nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Flächengebildes hydrophiliert ist.sheet according to claim 21 or 22, characterized in that the surface of the sheet is hydrophilized. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde teilweise oder ganz mit einer künstlichen extrazellulären Matrix beschichtet ist.sheet according to one of claims 21 to 23, characterized in that the sheet partially or entirely with an artificial extracellular matrix is coated. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde oder Teile davon unterschiedlich beschichtet sind.sheet according to one of claims 21 to 24, characterized in that the sheet or parts thereof are coated differently. Flächengebilde nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine der extrazellulären Matrices die Besiedlung mit Osteoprogenitorzellen oder Osteoblasten fördert.sheet according to claim 25, characterized in that one of the extracellular matrices promotes colonization with osteoprogenitor cells or osteoblasts. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine der extrazellulären Matrices die Besiedlung mit Chondroprogenitorzellen oder Chondrozyten fördert.sheet according to one of claims 24 to 26, characterized in that one of the extracellular matrices promotes colonization with chondroprogenitor cells or chondrocytes. Verfahren zur Herstellung eines Implantates zur Behandlung von Röhrenknochendefekten aus mindestens zwei Lagen von Flächengebilden aus bioresorbierbaren Materialien und mit nach Innen und Außen reichenden Hohlräumen und einer interkonnektierter Porosität, wobei die Geometrie des Röhrenknochendefektes bestimmt und in zweidimensionale Strukturmuster für die Flächengebilde übertragen wird, wobei die Flächengebilde anhand dieser Strukturdaten gefertigt werden und vor der Implantation gemäß der Defektgeometrie zusammengeführt und in den Defektraum implantiert werden.Process for producing an implant for Treatment of long bone defects from at least two layers of fabrics made of bioabsorbable materials and with inward and outward reaching cavities and an interconnected porosity, being the geometry of the long bone defect and transferred into two-dimensional structural patterns for the sheets becomes, the fabrics be made on the basis of this structural data and before implantation merged according to the defect geometry and implanted in the defect space. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächengebilde oberflächenmodifiziert und mit einer künstlichen extrazellulären Matrix beschichtet werden.Method according to Claim 28, characterized that the fabrics surface modified and with an artificial one extracellular matrix be coated.
DE102005018644A 2004-04-15 2005-04-15 An implant for the treatment of long bone defects, use of a sheet in such an implant, and methods of making the implant Expired - Fee Related DE102005018644B4 (en)

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