DE3925185A1 - Osteo-inductive bone substitute material prodn. based on calcium phos - by treating bio-active material with prostaglandin of E series or deriv. - Google Patents
Osteo-inductive bone substitute material prodn. based on calcium phos - by treating bio-active material with prostaglandin of E series or deriv.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Herstellungsverfahren eines osteoinduktiven Knochenersatzwerkstoffes zur Behebung von Knochendefekten, Aufbauplastiken etc. im Bereich aller chirurgischen Disziplinen, einschließlich dem der Orthopädie, der Traumatologie und der Stomatologie sowie den damit hergestellten Werkstoff selbst.The invention relates to manufacturing methods of an osteoinductive Bone replacement material for the elimination of Bone defects, building plastics etc. in the area of all surgical disciplines, including that of Orthopedics, traumatology and stomatology as well as the thus manufactured material itself.
Die Wirkung von Prostaglandinen ist in der Patentliteratur vielfältig beschrieben.The effect of prostaglandins is in the patent literature described in many ways.
Ganz allgemein werden Prostaglandine (PG) zur medikamentösen Behandlung von Entzündungszuständen (DE 34 04 209 A1), jedoch auch die von den PG abgeleiteten Derivate und Analoga zur Behandlung von arteriellen Verschlußkrankheiten (DE 36 31 169 A1), zur Behandlung der Schädigungen der Leber, der Bauchspeicheldrüse und der Niere (DE 34 27 797 A1), zur Behandlung von Zell-Schädigungen des Verdauungssystems, der Leber und der Bauchspeicheldrüse (DE 33 18 571 A1) genannt.In general, prostaglandins (PG) become medicinal Treatment of inflammatory conditions (DE 34 04 209 A1), however also the derivatives and analogues derived from the PG Treatment of arterial occlusive diseases (DE 36 31 169 A1), to treat the damage to the liver, the Pancreas and the kidney (DE 34 27 797 A1), for Treatment of cell damage to the digestive system Liver and the pancreas (DE 33 18 571 A1) called.
Auffallend ist, daß anscheinend eine stärkere Hinwendung zur therapeutischen Nutzung der PG der E-Serie erfolgt. Beispielsweise werden PG der E-Reihe zur Erweiterung des Gebärmutterhalses eingesetzt (DE 33 07 816 A1), PG E₁, E₂ und E₃ dienen der Krebsprophylaxe (EP 1 06 571), PG E₂ findet therapeutische Anwendung bei Erhöhung des Augendrucks und beim sogenannten grünen Star (Glaucoma) (EP 93 390), PG E₁ wurde zur Behandlung von Schlagaderverengungen (Arteriostenosen) (EP 97 481) vorgeschlagen etc. It is striking that apparently there is a stronger focus on therapeutic use of the PG of the E series. For example, PGs of the E series are used to expand the Cervix used (DE 33 07 816 A1), PG E₁, E₂ and E₃ are used for cancer prophylaxis (EP 1 06 571), PG E₂ finds therapeutic use for increasing eye pressure and in the so-called glaucoma (Glaucoma) (EP 93 390), PG E₁ was used Treatment of artery narrowing (arteriostenosis) (EP 97 481) suggested etc.
Eine weitere Serie von Beispielen geht auf die Kombination mit "pharmazeutisch akzeptierten Trägerstoffen" (EP 2 49 194) ein. In diesem Sinne sind Adsorbate von PG zu nennen, die an vorverkleisterte Stärke (DE 3 04 880 A1), Crospovidone (DE 33 04 867 A1) und Dextrane (DE 33 04 864 A1) gebunden sind.Another series of examples is based on the combination with "pharmaceutically acceptable carriers" (EP 2 49 194) a. In this sense, adsorbates from PG are to be mentioned that to pregelatinized starch (DE 3 04 880 A1), crospovidone (DE 33 04 867 A1) and dextrans (DE 33 04 864 A1) are bound.
Andererseits ist z. B. Tricalciumphosphat (TCP) als Pharmakadepotträger für Gentamyzin etc. genannt worden (vgl. EP 34 004). Für die o. g. Anwendungen, d. h. in Verbindung mit PG, erscheint TCP als Trägerwerkstoff nicht geeignet, da z. B. es bekannt ist, daß TCP subkutan angewendet zu Reizungen führen kann.On the other hand, e.g. B. tricalcium phosphate (TCP) as Pharmacadepotträger for Gentamyzin etc. have been called (see EP 34 004). For the above Applications, d. H. in connection with PG, TCP does not appear as a carrier material suitable because z. B. it is known that TCP is subcutaneous applied can cause irritation.
In Knochengewebe hingegen sind das TCP bzw. geeignete Modifizierungen mit Erfolg zur Knochendefektbehebung angewendet worden und man kann auf die begrenzte Resorbierbarkeit dieses Knochenersatzmaterials verweisen (EP-A 2 37 043). Allerdings wurde vielfach in der wissenschaftlichen Literatur hierzu auf die zu langen Resorptionszeiten hingewiesen, d. h. eine verzögerte Resossifikation.In bone tissue, on the other hand, they are TCP or suitable Modifications with successful bone defect repair been applied and you can access the limited Reference absorbability of this bone replacement material (EP-A 2 37 043). However, in the scientific literature on this too long Absorption times indicated, d. H. delayed resossification.
In der wissenschaftlichen Literatur zur Anwendung der PG wurde in letzter Zeit u. a. auch auf eine die Knochenbildung beeinflussende Wirkung von Prostaglandin E₂ hingewiesen (Jee, W. S. S. et al.: The effects of PG E₂ in growing rats: increased metaphyseal hard tissue and cortico-endosteal bone formation; Calcif. Tissue Int. Vol. 37 [1985] pp. 148-157). In dieser Arbeit wurden Bereiche eines eingeschränkten und eines verstärkten Knochenwachstums nachgewiesen.In the scientific literature on the application of PG lately u. a. also on a bone formation influencing effect of prostaglandin E₂ noted (Jee, W. S. S. et al .: The effects of PG E₂ in growing rats: increased metaphyseal hard tissue and cortico-endosteal bone formation; Calcif. Tissue int. Vol. 37 [1985] pp. 148-157). In this work, areas have been restricted and increased bone growth.
Im US-P 46 21 100 wird eine Behandlung der Osteoporose-Krankheit mit PG der E-Serie bzw. mit deren Derivaten auch für den Bereich der Humanmedizin vorgeschlagen. Die Wirkstoffzuführung erfolgt gemäß dem Erfindungsanspruch oral. Die beschriebene Wirkung der PG-Stoffe entsprechend der Beispiele ist mehr oder weniger als systemische, den gesamten Knochenbau betreffend, dargestellt.In US-P 46 21 100 a treatment of osteoporosis disease with PG of the E series or with their derivatives too proposed for the field of human medicine. The Active ingredient delivery takes place according to the invention claim orally. The described effect of the PG substances accordingly the examples is more or less than systemic concerning the entire bone structure.
Unbekannt hingegen ist, wie PG beispielsweise vorteilhaft zur Behebung von mittelgroßen bis großen Knochendefekten im Bereich der Humanmedizin eingesetzt werden könnten und wie man das Applizieren der in Frage kommenden geringen Dosen für derartige Anwendungen vorzugsweise auf diesen Defektbereich konzentriert.On the other hand, it is unknown how PG, for example, is advantageous for the repair of medium to large bone defects in the Field of human medicine could be used and how one applies the low doses in question for such applications preferably on these Defect area concentrated.
Es ist das Ziel der Erfindung, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.It is the aim of the invention, the disadvantages described to overcome the state of the art.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein modifiziertes keramisches Knochenimplantat sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu entwickeln, das gezielt osteoinduktiv wirkt, die Reossifikation verbessert und zur Füllung von Knochendefekten der unterschiedlichsten Größe geeignet ist, wodurch es in allen Bereichen der Chirurgie breite Anwendung finden kann.The invention has for its object a modified ceramic bone implant and a method for its To develop manufacturing that has a targeted osteoinductive effect, improves reossification and for filling bone defects of different sizes is suitable, whereby it is widely used in all areas of surgery can.
Erfindungsgemäß behandelt man oberflächenreaktive (bioaktive) Materialien, die OH--Gruppen und/oder Silangruppen auf ihrer Oberfläche vorzuliegen haben, mit Prostaglandinen der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierten Prostaglandinen der E-Serie. Die über die OH--Gruppen erzielte Bindung mit PG führt zu einer verzögerten Freisetzungen durch Desorption nach der Implantation in den Organismus von Tieren oder Menschen. Eine noch bessere Bindung und damit weiter verzögerte Freisetzung erreicht man, indem ein oberflächenreaktives (bioaktives) anorganisches Knochenersatzmaterial auf Basis calciumphosphathaltiger Stoffe silanisiert wird oder, sofern dies nicht ohne weiteres möglich ist, nach einer für diese Stoffe geeigneten Vorbehandlung mit Basen zur Aufbringung dieser OH--Gruppen silanisiert. Sodann können Prostaglandine der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie an diese Silanschicht angekoppelt werden.According to the invention, surface-reactive (bioactive) materials which have OH - groups and / or silane groups on their surface are treated with prostaglandins of the E series or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series. The binding with PG achieved via the OH - groups leads to a delayed release due to desorption after implantation in the organism of animals or humans. An even better binding and thus further delayed release can be achieved by silanizing a surface-reactive (bioactive) inorganic bone substitute material based on substances containing calcium phosphate or, if this is not readily possible, after a pretreatment with bases suitable for these substances to apply these OH - Groups silanized. Prostaglandins of the E series or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series can then be coupled to this silane layer.
Diese chemische Ankoppelung bewirkt eine verzögerte Freisetzung. Die Verzögerungsrate ist dabei in jedem Fall höher als bei reiner Oberflächenadsorption.This chemical coupling causes a delay Release. The delay rate is in any case higher than with pure surface adsorption.
Als oberflächenreaktives (bioaktives) Knochenersatzmaterial bietet sich sowohl resorbierbare Materialien, wie alpha- und beta-Tricalciumphosphat (TCP), davon abgeleitete oberflächenmodifizierte Formen, die eine höhere Calciumfreisetzung, als der darunter liegende Grundkörper aufweisen als auch langzeitstabiles Knochenersatzmaterial an. Als oberflächenreaktives (bioaktives), langzeitstabiles Implantatmaterial werden Hydroxylapatit und entsprechende Glaskeramiken sowie deren oberflächenmodifizierte Formen angesehen, deren Oberflächenschicht eine höhere Calciumfreisetzung als der darunter liegende Grundkörper aufweist. Darüber hinaus können die genannten Stoffe auch als anorganisch-organischer Komposit angewendet werden, wobei das organische Material ein biokompatibles Polymeres aus den Gruppen Polyurethan, Epoxidharz, monomerfreier epoxidierter polymerer Kohlenwasserstoff, Polyhydroxybuttersäure, Polylaktate oder Polycarbonsäure ist.As a surface-reactive (bioactive) bone replacement material offers both absorbable materials, such as alpha and beta-tricalcium phosphate (TCP), derived therefrom surface-modified shapes that have a higher Calcium release as the underlying body have as well as long-term stable bone replacement material at. As a surface-reactive (bioactive), long-term stable Implant material will be hydroxyapatite and corresponding Glass ceramics and their surface-modified shapes viewed, the surface layer of which is higher Calcium release as the underlying body having. In addition, the substances mentioned can also be used as an inorganic-organic composite, the organic material being a biocompatible polymer from the groups polyurethane, epoxy resin, monomer-free epoxidized polymeric hydrocarbon, polyhydroxybutyric acid, Is polylactate or polycarboxylic acid.
Dabei ist es gleichgültig, ob das anorganische Knochenersatzmaterial als Implantatformkörper oder als Granulat mit dem PG der E-Serie oder deren Derivaten in Verbindung gebracht wird. Während beim Implantatformkörper die freie Oberfläche für die adsorptive Bindung festliegt, ist dies bei der Verwendung eines Granulates zur Knochendefektfüllung nicht der Fall. Daher ist es im letzteren Fall sinnvoll, ein mit PG der E-Serie oder deren Derivate behandeltes Granulat mit einem unbehandelten Granulat kombiniert anzuwenden. Dieser Zwang einer kombinierten Anwendung kann z. B. dadurch eintreten, daß beim Ausräumen einer Knochenzyste die zur Füllung notwendige Menge vor der Operation nicht feststeht. Daher ist es erforderlich, die mit PG der E-Serie oder deren Derivate versehenen Implantatgranulate auf eine Menge zu beschränken, die garantiert zur Auffüllung eingesetzt werden muß.It does not matter whether the inorganic bone substitute material as a shaped implant or as a granulate with the PG of the E series or their derivatives brought. While with the molded implant body the free Surface for the adsorptive bond is fixed, this is when using granules to fill bone defects not the case. Therefore, in the latter case, it makes sense to use a Granules treated with E series PG or its derivatives to be used in combination with untreated granules. This requirement of a combined application can e.g. B. thereby occur that when clearing a bone cyst the Filling necessary amount before the operation is not certain. It is therefore necessary to use the E series PG or its Derivatives provided implant granules to a lot limit that are guaranteed to be used for replenishment got to.
Der Gehalt der Prostaglandinkomponente wird im Bereich von ca. 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis 4 Milligramm PG der E-Serie oder deren Derivate oder umgerechnet stabilisierte Formen der PG der E-Serie pro Patient liegen, wobei eine spontane Freisetzung stets unter ca. 3 Milligramm liegen sollte.The content of the prostaglandin component is in the range of about 2 to 6, preferably 3 to 4 milligrams PG of the E series or their derivatives or converted stabilized forms the PG of the E series are per patient, with a spontaneous Release should always be below about 3 milligrams.
Granulate von beispielsweise verschiedenen TCP-Phasen bzw. Gemische von TCP-Phasen etc. werden häufig als resorbierbare Knochenersatzmaterialien verwendet.Granules from, for example, different TCP phases or Mixtures of TCP phases etc. are often considered to be absorbable Bone replacement materials used.
Eine Erhöhung der Silanisierungsfähigkeit dieser auf der Oberfläche keine OH--Gruppen aufweisenden Stoffe wird durch eine eigens dafür entwickelte Behandlung mit einer Base erreicht, die von toxischen Begleitkomponenten frei sein sollte.An increase in the silanization ability of these substances without OH - groups on the surface is achieved by a specially developed treatment with a base that should be free of toxic accompanying components.
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man Tricalciumphosphat-Formkörper oder -Granulat zunächst mit einer von toxischen Begleitkomponenten freien OH--Ionen tragenden Base behandelt. Dieses TCP-Material kann sowohl aus der alpha-TCP-Phase als auch aus der beta-TCP-Phase, gleichwohl auch aus Gemischen beider Phasen bestehen. Dieses Gemisch wiederum kann dabei innerhalb eines keramischen Gefüges als mechanisch fest verbunden zum Einsatz gelangen, es kann jedoch auch durch einfaches Vermischen entsprechender Phasenanteile gebildet werden. Darüber hinaus eignet sich auch oberflächenmodifiziertes TCP-Material, wie beispielsweise ein oberflächenbehandeltes alpha-TCP, das eine höhere Calciumfreisetzung als der darunter liegende Grundkörper aufweist (siehe DD 2 58 713).A special embodiment of the process according to the invention is characterized in that tricalcium phosphate moldings or granules are first treated with a base carrying OH - ions free of toxic accompanying components. This TCP material can consist of both the alpha-TCP phase and the beta-TCP phase, but also of mixtures of the two phases. This mixture in turn can be used within a ceramic structure as mechanically firmly connected, but it can also be formed by simply mixing the corresponding phase components. In addition, surface-modified TCP material is also suitable, such as a surface-treated alpha-TCP, which has a higher calcium release than the underlying body (see DD 2 58 713).
Mit dem Begriff Granulat verbindet sich ein Partikelgemisch der Kornbereiche zwischen 63 bis 800 Mikrometern, vorzugsweise zwischen 200 bis 500 Mikrometern für den Einsatz im stomatologischen Fachbereich und 200 bis 800 Mikrometern für den Einsatz im orthopädischen Fachbereich.A particle mixture is associated with the term granulate the grain ranges between 63 and 800 micrometers, preferably between 200 to 500 micrometers for the Use in the dental field and 200 to 800 Micrometers for use in the orthopedic field.
Für die Behandlung mit der OH--Ionen tragenden Base sind im Prinzip alle Basen geeignet, die frei von toxischen Begleitkomponenten sind, wie u. a. auch NaOH, KOH, Ca(OH)₂. Diese Wahl der Base hat einen bestimmenden Einfluß auf das Ergebnis der Freisetzung von Prostaglandinen der E-Serie oder deren Derivaten oder stabilisierten Prostaglandinen der E-Serie und wird ferner unter dem Gesichtspunkt getroffen, ob die Anwesenheit von - an sich zwar geringen Mengen - an die Base bildenden Kationen dem vorgesehenen Einsatzzweck abträglich ist oder nicht. Die Behandlung mit einer OH--Ionen tragenden Base erfolgt prinzipiell her in entsprechenden wäßrigen Lösungen der pH-Werte zwischen ca. 7,5 und 9,5. Im Hinblick auf die Stabilität von Prostaglandinen der E-Serie oder deren Derivaten oder stabilisierten Prostaglandinen der E-Serie sollte der pH bei der Beladung des Granulates den Wert 9 nicht übersteigen. Das Knochenersatzgranulat auf TCP-Basis wird in diese Lösung eingebracht und auf Temperaturen zwischen 50°C und dem Kochpunkt der Lösung ca. 30 bis 300 Minuten lang erhitzt. Eine Trocknung des TCP-Materials kann bei einer Temperatur zwischen ca. 60 bis 150°C erfolgen (0,5 bis 3 Stunden lang).In principle, all bases which are free of toxic accompanying components, such as, inter alia, NaOH, KOH, Ca (OH) ₂, are suitable for the treatment with the base bearing OH - ions. This choice of base has a determining influence on the result of the release of prostaglandins of the E series or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series and is also taken into account from the point of view of whether the presence of - in itself small amounts - the Base-forming cations are detrimental to the intended use or not. The treatment with an OH - ion-carrying base is carried out in principle in corresponding aqueous solutions of pH values between about 7.5 and 9.5. With regard to the stability of prostaglandins of the E series or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series, the pH when loading the granules should not exceed 9. The TCP-based bone replacement granules are introduced into this solution and heated to temperatures between 50 ° C. and the boiling point of the solution for about 30 to 300 minutes. The TCP material can be dried at a temperature between approx. 60 to 150 ° C (0.5 to 3 hours).
Es hat sich nun überraschend gezeigt, daß auf diese Weise vorbehandeltes TCP-Material analog zu anderen oberflächenreaktiven (bioaktiven) Trägerstoffen ebenfalls Prostaglandin der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie adsorptiv bzw. chemisch binden kann. Weiterhin wurde gefunden, daß durch Silanisierung und darauf folgende Ankopplung von Prostaglandinen der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie, die Freisetzung noch weiter verzögert werden kann. Es ist selbstverständlich, daß auf diese Weise die implantierte PG-Gesamtmenge höher sein kann als bei unbehandeltem Granulat. Damit ist eine längeranhaltende Freisetzung von PG bei Implantationen möglich.It has now surprisingly been shown that in this way pretreated TCP material similar to others surface-reactive (bioactive) carriers as well E-series prostaglandin or its derivatives or stabilized prostaglandins of the E series adsorptive or can bind chemically. Furthermore, it was found that by Silanization and subsequent coupling of E-series prostaglandins or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series, the release can be delayed even further. It is of course, that in this way the total PG implanted can be higher than with untreated granules. A longer-lasting release of PG is thus Implantations possible.
Die Silanisierung kann durch eine Vielzahl von Silanen der allgemeinen Formel:The silanization can be achieved by a large number of silanes general formula:
erfolgen, worin R¹, R² und R³ gleich oder verschieden sein können, und Alkylreste mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Ethylreste darstellen können; n eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist und R⁴ die Gruppetake place in which R¹, R² and R³ may be the same or different and may represent alkyl radicals having 1 to 5 carbon atoms, preferably ethyl radicals; n is an integer from 1 to 5 and R⁴ is the group
ist, wobei R⁵ ein Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff sein kann.is, wherein R⁵ is an alkyl radical with 1 to Can be 5 carbon atoms or hydrogen.
Die Versuche zeigten, daß häufig eine silanspezifische Bindungsfähigkeit von PG am Knochenersatzmaterial besteht. Vorzugsweise wurden die Silane gamma-Aminopropyltriethoxysilan und Glycidoxypropyltriethoxysilan verwendet.The experiments showed that often a silane-specific PG can bind to bone substitute material. Preferably the silanes were gamma-aminopropyltriethoxysilane and glycidoxypropyltriethoxysilane used.
Die Silanisierung erfolgt in der Regel mit 1 bis 10%igen Silanlösungen in einem Ethanol-/Wasser-/HCl-Gemisch im Mischungsverhältnis zwischen 40 zu 60 bis 60 zu 40, vorzugsweise einer 50%igen alkoholischen HCl-Lösung mit einem pH-Wert von 2,0 bis ca. 4,5. Die Behandlungsdauer variiert in Abhängigkeit vom Silan zwischen etwa 30 Minuten und 24 Stunden. Danach wird das silanisierte Knochenersatzmaterial in einer Phosphat-Puffer- oder PBS-Lösung unter annähernd physiologischen Bedingungen hinsichtlich des pH-Wertes mehrfach gespült. Gegebenenfalls kann auch mit einer alkoholischen Lösung gewaschen werden und sodann das Trägermaterial bei 150-250°C einem Trocknungsprozeß unterzogen werden.The silanization is usually carried out with 1 to 10% Silane solutions in an ethanol / water / HCl mixture in the Mixing ratio between 40 to 60 to 60 to 40, preferably with a 50% alcoholic HCl solution a pH of 2.0 to approx. 4.5. The duration of treatment varies between about 30 minutes depending on the silane and 24 hours. Then the silanized Bone replacement material in a phosphate buffer or PBS solution under almost physiological conditions rinsed several times with regard to the pH. Possibly can also be washed with an alcoholic solution and then the carrier material at 150-250 ° C. Be subjected to drying process.
Bei der Verwendung des gamma-Aminopropyltriethoxysilans kann zusätzlich eine Aktivierung vor der Behandlung mit dem Wirkstoff vorgenommen werden. Zu diesem Zweck eignet sich u. a. eine 1- bis 10%ige Glutardialdehyd-Lösung, wobei als Lösungsmittel PBS-Lösung dient oder eine 0,01- bis 0,1molare Natrium-Kalium-Phosphatpufferlösung. Diese Aktivierung ist möglich durch eine mehrstündige, zumeist 24stündige Behandlung zwischen 5 und 40°C. Danach erfolgt erneutes Waschen. Als Prostaglandine kommen im Sinne der vorliegenden Erfindungsbeschreibung die PG der E-Serie, deren stabilisierte Formen oder Derivate der PG der E-Serie zum Einsatz, die an diese silanisierte Schicht angekoppelt werden.When using the gamma-aminopropyltriethoxysilane can additionally activation before treatment with the Active ingredient can be made. It is suitable for this purpose u. a. a 1 to 10% glutardialdehyde solution, where as Solvent PBS solution is used or a 0.01 to 0.1 molar Sodium potassium phosphate buffer solution. This activation is possible through a multi-hour, mostly 24-hour Treatment between 5 and 40 ° C. Then there is another To wash. As prostaglandins come in the sense of the present Invention description the PG of the E series, whose Stabilized forms or derivatives of the PG of the E series for Use that is coupled to this silanized layer will.
Bei der Herstellung der Gemische für die Ankopplung zwischen PG und dem anorganischen Material geht man so vor, daß zunächst die PG der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Formen der PG der E-Serie, vorzugsweise PG E₁ und PG E₂, in Wasser, PBS, in einem Gemisch bestehend aus 90% einer 150millimolaren TRIS-Puffer-Lösung und 10% Ethanol oder in einer ungepufferten Ethanol-Lösung gelöst werden. Es eignen sich besonders auch sogenannte stabilisierte PG, da mit der chemischen Stabilisierung zumeist eine Verbesserung der Wasserlöslichkeit einhergeht.In the preparation of the mixtures for the coupling between PG and the inorganic material that first the PG of the E series or its derivatives or stabilized forms of the PG of the E series, preferably PG E₁ and PG E₂, in water, PBS, in a mixture consisting of 90% of a 150 millimolar TRIS buffer solution and 10% Ethanol or dissolved in an unbuffered ethanol solution will. So-called stabilized PGs are also particularly suitable, because with chemical stabilization mostly one Improvement in water solubility goes hand in hand.
Die Knochenersatzmaterialien werden in einer entsprechenden wäßrigen Lösung oder in einer 0,01- bis 0,1molaren Phosphat-Puffer-Lösung (PBS) oder in einer alkoholischen Lösung (ca. 10 bis 50% Ethanol) mit einem Gehalt von ca. 100 Mikrogramm bis 5 Milligramm PG pro Milliliter Lösungsmittel ca. 15 bis 300 Minuten lang bei Raumtemperatur inkubiert. Der pH-Wert dieser Lösungen kann in den Grenzen von ca. 4 bis 8 variieren; sinnvollerweise arbeitet man aber unter angenähert physiologischen Bedingungen bzw. im sauren Bereich. Die anschließende Trocknung führt man bei ca. 37°C im Vakuum durch.The bone substitute materials are presented in a corresponding aqueous solution or in a 0.01 to 0.1 molar Phosphate buffer solution (PBS) or in an alcoholic Solution (approx. 10 to 50% ethanol) with a content of approx. 100 micrograms to 5 milligrams of PG per milliliter Solvent for about 15 to 300 minutes at room temperature incubated. The pH of these solutions can be limited vary from about 4 to 8; it makes sense to work but under approximately physiological conditions or in acidic area. The subsequent drying is carried out approx. 37 ° C in a vacuum.
Dieses chemisch an oberflächenaktive (bioaktive) Knochenersatzmaterialien angekoppelte PG der E-Serie oder deren Derivate bzw. stabilisierte Produkte aus PG der E-Serie ergibt bei der Implantation als Knochenersatzmaterial erheblich bessere Erfolge als bei der Verwendung nur eines dieser Stoffe, wobei der Einsatz von PG am Implantationsort selbst ohne dieses Verfahren kaum möglich ist. Andererseits ergibt die Verwendung der oberflächenaktiven (bioaktiven) Implantatmaterialien für sich allein ebenfalls nicht einen solch guten Effekt der Osteoinduktion. Besonders deutlich wird dieser überraschende Effekt bei der Verwendung von resorbierbarem Knochenersatzmaterial, da neben einer stark verbesserten Knochenneubildung - vermutlich durch die einhergehende Verbesserung der Versorgungslage des periimplantären Gewebes - auch eine schnellere Resorption als angenehme und erwünschte Begleiterscheinung beobachtet werden konnte.This chemically surface-active (bioactive) Bone replacement materials coupled PG of the E series or their derivatives or stabilized products from PG of the E series results in implantation as bone replacement material much better success than using just one of these substances, the use of PG at the implantation site is hardly possible even without this method. On the other hand results in the use of surface-active (bioactive) Implant materials by themselves are not one either such a good effect of osteoinduction. Especially clear will this surprising effect when using resorbable bone substitute material as well as being strong improved new bone formation - presumably through the accompanying improvement in the supply situation of the peri-implant tissue - also faster absorption observed as a pleasant and desirable side effect could be.
Speziell für die Anwendung am Menschen ist es notwendig, unbedingt die Grenzkonzentrationen an PG einzuhalten, beispielsweise etwa 0,5 bis 6 Milligramm pro Implantation. Zum Zwecke der angesprochenen Verdünnung, insbesondere bei der Behandlung von großlumigen Knochendefekten, aber auch zur weiteren Verzögerung der Freisetzung ist es möglich, die behandelten Stoffe mit einem organischen, biokompatiblen, resorbierbaren (biodegradierbaren) Polymer zu umhüllen. Aus der Gruppe dieser Polymere eignen sich prinzipiell alle, wobei Polyhydroxibuttersäure, Gelantine, resorbierbare Polurethane und Polylactate besonders geeignet scheinen. Dabei erhält man zwangsläufig eine weitere Verzögerung der Freisetzung der Prostaglandine der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierten Prostaglandine der E-Serie.Especially for human use, it is necessary it is essential to adhere to the limit concentrations on PG, for example about 0.5 to 6 milligrams per implantation. For the purpose of the mentioned dilution, especially at the treatment of large-lumen bone defects, but also to further delay the release it is possible to treated substances with an organic, biocompatible, to coat resorbable (biodegradable) polymer. Out In principle, all of the group of these polymers are suitable where polyhydroxybutyric acid, gelatin, resorbable Polyurethanes and polylactates seem particularly suitable. This inevitably results in a further delay in the Release of the E series prostaglandins or their Derivatives or stabilized prostaglandins of the E series.
Verzichtet man auf eine weitere Verzögerung der Freisetzung, so können diese Stoffe auch als Kombination in Form einfacher partikulärer Stoffvermischungen angewendet werden, um quasi eine Verdünnung der mit Prostaglandinen der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie behandelten Granulate zu erreichen. Unter diesem Aspekt der einfachen Verdünnung sind natürlich auch weitere resorbierbare organische Materialien geeignet, die o. g. Bestimmungszweck bei der Umhüllung nicht erfüllen können, wie beispielsweise Kollagen. Untersuchungen zeigten, daß gerade die kombinierte Anwendung von mit PG versehenen TCP-Granulat, mit PG-freiem, oberflächenmodifiziertem TCP und Kollagen zu den günstigsten Ergebnissen bei der Defektfüllung führte.If there is no further delay in the release, so these fabrics can also be combined as a shape simple particulate mixtures are used, almost a dilution with the E series prostaglandins or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series to achieve treated granules. Under this Aspects of simple dilution are of course also other absorbable organic materials suitable, the above. Purpose in wrapping can not meet how for example collagen. Studies have shown that the combined use of PG granules provided with PG, with PG-free, surface-modified TCP and Collagen for the best results at the Defective filling led.
Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden.The invention is illustrated below by examples are explained.
Der Verfahrensschritt der Behandlung des calciumphosphathaltigen Trägermaterials mit einer OH--Ionen tragenden Base, die weitestgehend frei von toxischen Bestandteilen ist, wird vorzugsweise dann durchgeführt, wenn es sich um ein TCP-Produkt handelt:The process step of treating the calcium phosphate-containing carrier material with a base which contains OH - ions and is largely free of toxic constituents is preferably carried out when it is a TCP product:
A) Das Trägermaterial wird in einer wäßrigen NaOH-Lösung mit pH=8,0 bei 90°C 2 Stunden lang erhitzt. Anschließend wird das Material bei ca. 100°C 120 Minuten lang getrocknet.A) The carrier material is in an aqueous NaOH solution heated at pH 8.0 at 90 ° C for 2 hours. Subsequently the material at 120 ° C for 120 minutes dried.
B) Das Trägermaterial wird in einer wäßrigen Ca(OH)₂-Lösung mit pH=8,4 bei 80°C 3 Stunden erhitzt. Die nachfolgende Behandlung des Materials ist analog Beispiel A).B) The carrier material is in an aqueous Ca (OH) ₂ solution heated at pH = 8.4 at 80 ° C for 3 hours. The following Treatment of the material is analogous to example A).
I) Das mit einer Base vorbehandelte Trägermaterial wird mit einer 1%igen Lösung von gamma-Aminopropyltriethoxysilan im Ethanol-/Wasser-Lösungsmittel (1 : 1) bei 50°C 4 Stunden lang inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit je 20 ml 0,1 m Phosphat-Puffer-Lösung, pH=7,2, wurde das Trägermaterial mit einer 2%igen Glutardialdehyd-Lösung in o. g. Phosphat-Puffer-Lösung vermischt, für 2 weitere Stunden bei 37°C inkubiert und erneut dreimal in Phosphat-Puffer-Lösung gewaschen. I) The base material pretreated with a base is mixed with a 1% solution of gamma-aminopropyltriethoxysilane in Ethanol / water solvent (1: 1) at 50 ° C for 4 hours incubated. After washing three times with 20 ml each 0.1 m Phosphate buffer solution, pH = 7.2, became the carrier material with a 2% glutardialdehyde solution in the above Phosphate buffer solution mixed, for 2 more hours at 37 ° C incubated and again three times in phosphate buffer solution washed.
II) Das mit einer Base vorbehandelte Trägermaterial wird mit einer 1%igen Lösung von Glycidoxypropyltriethoxysilan im Ethanol-/Wasser-Lösungsmittel (1 : 1) bei 50°C 4 Stunden lang inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit je 20 ml einer 0,1 m Phosphat-Puffer-Lösung, pH=7,2, war das Trägermaterial für weitere Kopplungsreaktionen vorbereitet.II) The base material pretreated with a base is mixed with a 1% solution of glycidoxypropyltriethoxysilane in Ethanol / water solvent (1: 1) at 50 ° C for 4 hours incubated. After washing three times with 20 ml of a 0.1 m Phosphate buffer solution, pH = 7.2, was the carrier material for further coupling reactions prepared.
Es wurden 2 Gramm eines alpha-TCP-Granulates der Korngröße zwischen 200 bis 500 Mikrometern, das entsprechend dem Beispiel B) mit einer Base vorbehandelt wurde, entsprechend Beispiel I silanisiert, mit einer ethanolischen PGE₁-Lösung, die insgesamt 10 Milligramm PG E₁ enthielt, ca. 60 Minuten lang inkubiert und anschließend bei 37°C im Vakuum getrocknet.There were 2 grams of alpha-TCP granules the grain size between 200 to 500 micrometers, that pretreated according to Example B) with a base was silanized according to Example I with a ethanolic PGE₁ solution, the total of 10 milligrams of PG E₁ contained, incubated for about 60 minutes and then dried at 37 ° C in a vacuum.
Als Versuchsmodell wurden 4 Monate alten Wistarratten Defekte in der Tibiametaphyse gesetzt, die mit jeweils 0,2 Gramm von dem behandelten Material aufgefüllt wurden. Als Kontrollgruppe wurden Tiere ausgewählt, die unbehandeltes Material implantiert bekamen. Zur Bestimmung der Osteogenese und der Osteoinduktion wurden nach 3 Monaten die Tiere getötet und verschieden histologische Untersuchungen durchgeführt.4-month-old Wistar rats were used as the experimental model Defects in the tibial metaphysis are set, each with 0.2 Grams of the treated material were replenished. As Control group, animals were selected that were untreated Got material implanted. To determine the osteogenesis and after 3 months the animals became osteoinduction killed and various histological examinations carried out.
Es zeigte sich, daß die Knochenneubildung und überraschend auch die Resorption in derjenigen Gruppe am weitesten vorangeschritten war, die mit PGE₁ behandeltes Material implantiert bekommen hatte.It was found that the new bone formation and surprising absorption is also the most extensive in that group had advanced, the material treated with PGE₁ had been implanted.
Es wurden 2 g Implantatformkörper, bestehend aus einer Glaskeramik auf der Basis von Apatit und Wollastonit entsprechend dem Beispiel II silanisiert und sodann mit 2,5 ml einer ethanolischen Lösung 60 Minuten lang inkubiert, die 1 Milligramm PG E₁ (4 Milligramm PG E₁ pro Milliliter). Das behandelte Material wurde analog Beispiel 1 getrocknet und implantiert. Auch hier diente unbehandeltes Implantatmaterial als Vergleich.There were 2 g shaped implant body consisting of a glass ceramic based on apatite and wollastonite silanized according to Example II and then with 2.5 ml an ethanolic solution for 60 minutes, the 1 milligram PG E₁ (4 milligrams PG E₁ per milliliter). The treated material was dried analogously to Example 1 and implanted. Untreated was also used here Comparison of implant material.
Es zeigte sich auch hier, daß die Knochenverbundbildung im Falle der mit PG behandelten Proben deutlich weiter vorangeschritten war.It was also shown here that the formation of bones in the In the case of samples treated with PG, significantly further had advanced.
Es wurden 2 Gramm eines beta-TCP-Granulates der Korngröße zwischen 100 und 300 Mikrometern nach Beispiel B) mit einer Base behandelt, entsprechend Beispiel II silanisiert und entsprechend Beispiel 2, jedoch mit PG E₂ behandelt, und analoge Tierversuche durchgeführt.There were 2 grams of a beta-TCP granules Grain size between 100 and 300 micrometers according to example B) treated with a base, according to Example II silanized and according to Example 2, but with PG E₂ treated, and analogous animal experiments carried out.
Auch hier wurde erwartungsgemäß ein analoges Versuchsergebnis zu Beispiel 1 erreicht. Es bestätigte sich der Eindruck, daß auch hier die Resorption durch die kombinierte Anwendung deutlich erhöht wurde, höher sogar als im Vergleich zu Proben, bei denen PG quasi physikalisch vermischt zugesetzt worden war.As expected, an analogue was also used here Test result for example 1 reached. It was confirmed the impression that the absorption by the combined application was increased significantly, even higher than compared to samples in which PG is virtually physical had been added mixed.
Es wurden 4 Gramm eines Granulates, das zum Teil aus TCP bestand, mit einer wäßrigen NaOH-Lösung mit pH=7,8 bei 90°C 2 Stunden lang erhitzt. Anschließend wurde das Material bei ca. 100°C ca. 120 Minuten lang getrocknet. Sodann wurde das Granulat mit 20 Milligramm eines stabilisierten PG E₂, das in einer 50%igen Ethanol-/Wasser-Lösung gelöst worden war, bei 37°C für 30 Minuten inkubiert und anschließend im Vakuum getrocknet.There were 4 grams of granules, some of which consisted of TCP, with an aqueous NaOH solution with pH = 7.8 heated at 90 ° C for 2 hours. Then that was Material dried at approx. 100 ° C for approx. 120 minutes. Then the granules became one with 20 milligrams stabilized PG E₂ in a 50% ethanol / water solution had been dissolved, incubated at 37 ° C for 30 minutes and then dried in vacuo.
Es wurden Tierversuche entsprechend Beispiel 1 durchgeführt, wobei jeweils 0,3 Gramm des behandelten Granulates pro Versuchstier eingesetzt wurden.Animal experiments were carried out in accordance with Example 1, where each 0.3 grams of the treated granules per Laboratory animal were used.
Auch hier zeigte sich eine Verbesserung gegenüber der Kontrollgrupe, die PG-freies Material implantiert bekam.Here, too, there was an improvement over the Control group implanted with PG-free material.
Es wurde ein PG-behandeltes alpha-TCP-Granulat, das entsprechend Beispiel 1 hergestellt wurde, mit der gleichen Menge an Kollagen vermischt.PG-treated alpha-TCP granules which was prepared according to Example 1, with the mixed the same amount of collagen.
Als Versuchstiere wurden Minischweine vom Typ Minilewe verwendet. Es wurden Knochendefekte in der Größe gesetzt, die ausreichten, um jeweils 0,5 Gramm des Gemisches aufzunehmen.Mini pigs of the mini lion type were used as test animals used. Bone defects were set in size which were sufficient to each 0.5 grams of the mixture to record.
Als Kontrolle dienten Defekte, die mit PG-freien TCP-Kollagen-Gemischen in analoger Weise aufgefüllt wurden. Auch hier zeigte sich, daß die Kombination mit PG (PGE₁) zu einer deutlichen Verbesserung der Osteoneogenese führte.Defects served as a control, those with PG-free TCP-collagen mixtures were replenished in an analogous manner. Also here it was shown that the combination with PG (PGE₁) to one significant improvement in osteoneogenesis.
Claims (27)
- a) einem oder mehreren bioaktiven calciumphosphathaltigen Materialien mit an der Oberfläche dieser Materialien angelagertem Prostaglandin E und/oder dessen Derivaten sowie
- b) freiem Prostaglandin E und/oder dessen Derivaten oder unbehandeltem bioaktivem calciumphosphathaltigen Materialien, wobei die Gemischbestandteile gegebenenfalls umhüllt sein können oder organische resorbierbare biokompatible Stoffe als weiterer Mischungsbestandteil vorhanden sein können.
- a) one or more bioactive calcium phosphate-containing materials with prostaglandin E and / or its derivatives attached to the surface of these materials and
- b) free prostaglandin E and / or its derivatives or untreated bioactive calcium phosphate-containing materials, it being possible for the mixture constituents to be coated or organic resorbable biocompatible substances to be present as a further mixture constituent.
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