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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Gebiet der Gewebereparatur, vor allem die Regeneration einer
funktionalen Bindung zwischen Bindegewebe, wie Sehnen, Knorpel oder
Bänder,
und Knochen. Diese funktionale Bindung kann durch Trauma oder Stress,
oder durch degenerative oder angeborene Krankheiten zerstört werden.
Folglich kann die vorliegende Erfindung in der Rekonstruktionschirurgie oder
anderen Verfahren zur Regeneration einer funktionalen Bindung zwischen
Bindegewebe und Knochen nützlich
sein.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Hintergrund des Vorkommens
und Ätiologie
des Bedarfes:
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Obwohl mehrere rekonstruktive chirurgische Verfahren
auf der sicheren Heilung oder Bindung von Bindegewebe, insbesondere
Sehnen oder Bänder, an
Knochen basieren, ist wenig über
den Heilungsprozess an der Verbindungsstelle Sehne-an-Knochen bekannt.
Da die Stelle der Transplantatfixierung an den Knochen den schwächsten Bereich
im frühen Zeitraum
nach der Transplantation darstellt, besitzen Verfahren zur Verbesserung
der frühen
Transplantatfixierungsstärke
eine bedeutende klinische Anwendung. Das ist von besonderer Wichtigkeit
für Operationen
an Knie, Schulter, Hüfte,
Hand, Knöchel
und Ellbogen.
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Die Entwicklung der Einfügung von
Sehnen oder Bändern
in den Knochen ist schlecht verstanden. Die Einfügungsstelle wird durch Kollagenfasern vermittelt,
bekannt als „Sharpey'sche Fasern", die ununterbrochen
Sehnen und Knochen verbinden. Es wird angenommen, dass sich Sharpey'sche Fasern im sich
entwickelnden Skelett durch fortschreitende Mineralisierung der
Bänder
oder der Kollagenfasern der Knochenhaut durch Beschleunigung des
Knochens während
des Wachstums bilden. Untersuchungen haben gezeigt, dass Knochen
an Sehnen durch Einwachsen des Knochens in das fibrovaskuläre Verbindungsgewebe,
das sich anfänglich
zwischen der Sehne und dem Knochen bildet, heilt. Es findet eine
fortschreitende Mineralisierung des Verbindungsgewebes zusammen
mit anschließendem Einwachsen
des Knochens in die äußere Sehne
statt. Trotz des Hinweises, dass der Knochen in das Kollagengewebe
einwächst,
bleibt der Mechanismus eines solchen Einwachsens des Knochens und
die Wirksamkeit und Stärke
der Bindung unklar. Eine frühere
Untersuchung der Heilung von Sehne-an-Knochen zeigte die Bildung
einer Fasergewebeverbindungsstelle zwischen der Sehne und dem Knochen. Rodeo
et al., Bone and Joint Surgery, 75-A: 1795–1803 (1993).
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Entsprechend bleibt trotz beträchtlicher
Anstrengungen im Gebiet ein Bedarf eines wirksamen Verfahrens zur
Reparatur einer funktionalen Verbindung zwischen Bindegewebe, wie
Sehne oder Band, und Knochen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
die Verwendung eines oder mehrerer Knochenmorphogenetischer Proteine
(BMP) für
die Herstellung eines Arzneimittels zur Regeneration einer funktionalen
Bindung zwischen Bindegewebe oder Sehne und Knochen bereit, mit
der Maßgabe,
dass die BMPs nicht BMP-12, BMP-13 oder BMP-15 einschließen. Insbesondere
ist die vorliegende Erfindung nützlich
in Verfahren zur Behandlung von Patienten mit abgetrennten oder
degenerierten Bindungen der Sehnen oder Bänder an Knochen. Einige Beispiele
schließen
Rekonstruktionschirurgie an Knie, Schulter, Hand, Knöchel oder
Ellbogen ein. Spezielle Bereiche, in denen sich die vorliegende
Erfindung als nützlich
erweisen kann, schließen
die Wiederherstellung des vorderen Kreuzbandes (ACL) oder des Handgelenkmuskels ein.
Die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Zusammensetzungen sind darin vorteilhaft, dass
sie knochenbildende Proteine verwenden, die durch rekombinante DNA-Technologie
hergestellt werden können
und daher möglicherweise
in unbegrenzter Menge zur Verfügung
stehen. Die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Zusammensetzungen sind weiter darin vorteilhaft,
dass die Regeneration der Verbindungsstelle beschleunigt oder eine
größere endgültige Stärke besitzen
kann, und die zwischen Bindegewebe und Knochen gebildete Bindung
kann nach Durchführung
der Operation oder Reparatur schneller eine funktionale Stärke erreichen.
Die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Zusammensetzungen sind weiter darin vorteilhaft,
dass sie die Regeneration der funktionalen Bindung zwischen Bindegewebe
und Knochen induzieren, während
sie die Bildung von Faser- oder Granulationsgewebe an der Verbindungsstelle
zwischen den Gewebetypen minimieren oder vermeiden.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellten Zusammensetzungen sind insbesondere für die Fixierung
einer runden Sehne in einem Knochentunnel oder einer flachen Sehne
auf einer Knochenoberfläche
verwendbar. Mehrere klinische Beispiele sind wichtig. Ein allgemeines
klinisches Beispiel ist die Wiederherstellung des vorderen Kreuzbandes
(ACL). Die Wiederherstellung kann durch Verwendung des zentralen
Drittels der Kniescheibensehne mit einem gebundenen Knochenblock
sowohl des Schienbeins als auch der Kniescheibe oder durch Verwendung
der halbsehnigen oder dünnen Sehnen
durchgeführt
werden. Vorteile der Verwendung der Kniescheibensehne schließen die
sofortige knochige Fixierung ein, die eine aggressive postoperative
Rehabilitation und eine erhöhte
Stärke
erlaubt. Die Verwendung des zentralen Drittels der Kniescheibensehne
war jedoch mit ungünstigen
Folgen verbunden, einschließlich
Kniescheibenbruch, Riss des Kniescheibenbandes und Degeneration
des Kniescheiben-Oberschenkel-Gelenkes. Vorteile der Verwendung
von halbsehnigen und dünnen
Sehnen schließen
eine leichtere Transplantatgewinnung, keine Unterbrechung des Streckmechanismus
des Knies, größere Quadriceps-Stärke ein
Jahr nach der Operation und minimaler Verlust der Kniesehnen-Stärke ein.
Das größte Problem
sind die Bedenken der Stärke
der Fixierung der Sehne innerhalb des Knochentunnels und das Risiko
der Transplantatabstoßung
an der Fixierungsstelle. Der größte Unterschied
zwischen diesen zwei Verfahren der Wiederherstellung des Bandes
ist die Fixierung des Transplantates.
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Die Verwendung von BMP zur Erhöhung der Sehne-an-Knochen-Heilung
kann in besseren Verfahren zur Verwendung von halbsehnigen und dünnen Sehnen
zur ACL-Wiederherstellung
resultieren, so dass der Kniescheibendefekt und die Unterbrechung
des begleitenden Streckmechanismus, die mit der Gewinnung des Kniescheibenbandes
einhergehen, vermieden wird. Präklinische
Beurteilungen deuten an, dass rhBMP-2 die frühe Heilung eines Knochens an
ein Sehnen-Transplantat verbessert, wie durch histologische und
biomechanische Beurteilung gezeigt. Erhöhte Stärke der Sehnen-an-Knochen-Fixierung
wird frühere
und aggressivere Rehabilitation erlauben, was in einer früheren Rückkehr zu normalen
Aktivitäten,
zur Arbeit oder dem Sport resultiert.
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Andere allgemeine klinische Beispiele,
für die
die Erfindung eine direkte Anwendung besitzt, schließen die
folgenden ein: Handgelenkmuskelsehnenreparatur für einen festeren Ansatz des
Oberarmknochens, Wiederanbindung des Schultergelenkes an das Schulterblatt,
Wiederherstellung des seitlichen Knöchelbandes mittels eines Sehnentransplantats,
das durch Knochentunnel plaziert wird, Wiederherstellung des mittleren
seitlichen Bandes des Elbogens oder Knies mittels eines an der Oberfläche des Knochens
oder durch Knochentunnels fixierten Sehnentransplantats, Wiederherstellung
des seitlichen Ellenbandes des Daumens mittels eines in einen Knochentunnel
plazierten Sehnentransplantats und Reparatur der Beuger- oder Streckersehnen
der Finger in die Knochentunnel oder an die Oberfläche des Knochens
der Fingerglieder. Die Erfindung ist breit in jeder Situation anwendbar,
in der Bindegewebe (Sehnen, Bänder,
Gelenke, Hüllen
oder Gelenkkapseln) wieder an Knochen gebunden wird; entweder an
die Oberfläche
des Knochens oder in einen Tunnel im Knochen.
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GENAUE BESCHREIGUNG DER
ERFINDUNG
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Nach der vorliegenden Erfindung werden Mittel
zur Behandlung von Patienten, die Rekonstruktionschirurgie zur Reparatu
der funktionalen Bindung zwischen Bindegewebe und Knochen benötigen, bereitgestellt.
Die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Zusammensetzungen sind darin vorteilhaft,
dass eine Reparatur oder Verbesserung des gesamten Bindungsapparates
bewirkt werden kann: die Sehne oder das Band, der benachbarte Knochen
sowie die funktionale Bindung. Die Verwendung von Zusammensetzungen
umfasst die Verabreichung an die die Rekonstruktionschirurgie benötigende
Stelle oder die Stelle eines Defekts, Risses oder Abtrennens des Verbindungsgewebes
an den Knochen, eine Menge einer Zusammensetzung, umfassend eines
oder mehrere gereinigte knochenbildende Proteine, die wirksam sind,
die funktionale Bindung zwischen dem Bindegewebe und dem Knochen
zu regenerieren. Die Verwendung der Zusammensetzungen kann weiter
die Verabreichung einer Zusammensetzung umfassen, umfassend ein
gereinigtes oder rekombinantes knochenbildendes Protein an die die
Regeneration benötigende
Stelle der Bindung des Bindegewebes an den Knochen in einem geeigneten
Träger,
so dass das Bindegewebe, der Knochen und der funktionale Bindungsapparat
mit vermindertem Faser- oder Granulationsgewebe an der Stelle der
auftretenden Anheftung regeneriert werden. Die Zusammensetzung wird
bevorzugt zusammen mit einem wirksamen Träger verabreicht. Einer der
wichtigsten Vorteile der vorliegenden Erfindung ist, dass sie die
kontrollierte Regeneration des Bindegewebes, des Knochens und des
funktionalen Bindungsapparates auf beschleunigende Weise erlaubt,
so dass die Bindung eine größere funktionale
Stärke
zu einem früheren Zeitpunkt
als mit einem ähnlichen
Verfahren, das ohne Zugabe knochenbildender Proteine erfolgt, erlangen
kann.
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KNOCHENBILDENDES PROTEIN
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Das knochenbildende Protein stammt
bevorzugt aus der Subklasse von Proteinen, die allgemein als Knochen-morphogenetische
Proteine (BMPs) bekannt sind, für
die knochenbildende Aktivität
und andere Aktivitäten
vom Typ Wachstum oder Differenzierung offenbart wurden. Diese BMPs
schließen BMP-2,
BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9, BMP-10, BMP-11, BMP-12
und BMP-13 ein und können
auch andere Mitglieder der TGF-ß-Superfamilie
von Proteinen einschließen,
wie Wachstums- und Differenzierungsfaktoren, oder GDFs, und MP52.
Die Strukturen einer Reihe von BMP-Proteinen sind in den US-Patenten 4,877,864;
5,108,922; 5,013,649; 5,116,738; 5,106,748; 5,187,076; 5,141,905
und in den PCT-Anmeldungen WO91/18098; WO93/00432; WO94/26893 und
WO 94/26892 und in den US-Patenten 5,658,882 offenbart. WO88/00205
offenbart Knocheninduktionsfaktorprodukte des Menschen und des Rindes
und ihre Verwendung zur Behandlung von Knochen- und Knochenhautdefekten.
WO95/16035 zeigte BMP-12 und BMP-13 und Sehnen-induzierende Zusammensetzungen
davon, während
WO96/36710 BMP-15-Zusammensetzungen zur Behandlung von Knochen- und
Knorpel- und/oder
anderen Bindegewebsdefekten offenbarte. Die Struktur einer Reihe
von GDFs ist in WO94/15965; WO94/15949; WO95/01801; WO95/01802;
WO94/21681; WO94/15966 offenbart. Die Struktur von MP52 ist in WO93/16099
offenbart. BMP ist bevorzugt BMP-2, dessen Sequenz in dem US-Patent
5,013,649 offenbart ist. Andere im Fachgebiet bekannte BMPs können auch
verwendet werden. Zur Zeit ist BMP-2 das am meisten bevorzugte BMP.
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Das BMP kann rekombinant produziert
oder aus einer Proteinzusammensetzung gereinigt werden. Das BMP
kann homodimer oder heterodimer mit anderen BMPs sein (z. B. ein
Heterodimer, zusammengesetzt aus einem Monomer jeweils von BMP-2 und
BMP-6) oder mit anderen Mitgliedern der TGF-ß-Superfamilie, wie Aktivine,
Inhibine und TGF-ß1
(z. B. ein Heterodimer, zusammengesetzt aus einem Monomer jeweils
von einem BMP und einem verwandten Mitglied der TGF-ß-Superfamilie). Beispiele
solcher heterodimerer Proteine sind zum Beispiel in der veröffentlichten
PCT-Patentanmeldung WO93/09229 beschrieben.
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Die Menge an hier nützlichem
knochenbildendem Protein ist die Menge, die wirksam ist, um erhöhte knochenbildende
Aktivität
einwandernder Vorläuferzellen
zu stimulieren, und wird von der Größe und Art des zu behandelnden
Defektes sowie dem verwendeten Träger abhängen. Allgemein liegt die zu liefernde
Menge an Protein in einem Bereich von etwa 0.05 bis etwa 1.5 mg.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird das knochenbildende Protein zusammen mit einer wirksamen Menge
eines Proteins verabreicht, das die Bildung eines Sehnen- oder Band-ähnlichen
Gewebes induzieren kann. Solche Proteine schließen BMP-12, BMP-13 und andere
Mitglieder der BMP-12-Subfamilie sowie MP52 ein. Diese Proteine und
ihre Verwendung zur Regeneration des Sehnen- oder Band-ähnlichen
Gewebes werden im US-Patent 5,658,882
offenbart.
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TRÄGER
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Materialen, die als der Träger zur
Durchführung
der vorliegenden Erfindung nützlich
sein können,
schließen
pharmazeutisch verträgliche
Materialien ein, die eine solche Viskosität und Polarität besitzen,
dass, wenn sie zum Knochen-morphogenetischen Protein gegeben werden,
sie eine Zusammensetzung bilden, die zur Anwendung an der Stelle
der Wiederherstellung der Bindung des Bindegewebes an den Knochen
geeignete Gebrauchseigenschaften besitzt (d. h. auch nicht zu flüssig ist,
um an der defekten Stelle zu bleiben). Zugabe des Trägers zu
dem Knochen-morphogenetischen Protein erlaubt dem Protein, an der
Krankheits- oder Läsionsstelle
für eine
ausreichend lange Zeit zu bleiben, um es dem Protein zu ermöglichen,
die ansonsten natürliche
Geschwindigkeit der regenerativen knochenbildenden Aktivität der einwandernden
Säuger-Vorläuferzellen zu
erhöhen
und einen Raum zu bilden, in den neues Gewebe wachsen kann und das
Einwachsen von Zellen erlaubt. Der Träger kann auch dem Knochen-morphogenetischen
Protein ermöglichen,
von der defekten oder Läsionsstelle über ein
Zeitintervall abgegeben zu werden, das zur optimalen Erhöhung der
Geschwindigkeit der regenerativen knochenbildenden Aktivität der Vorläuferzellen
geeignet ist.
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Die am meisten bevorzugte Familie
von Trägern
umfasst kollagene Materialien. Bevorzugte Kollagenmaterialien schließen Collastat®- und Helistat©-Kollagenschwämme ein
(Integra LifeSciences Corp., Plainsboro, N. J.). Andere Kollagenmaterialien,
die zur Verwendung in der vorliegenden Erfidung geeignet sein können, werden
in den US-Patenten 5,206,028; 5,024,841; 5,256,418 beschrieben.
Der Kollagenträger
liegt vorzugsweise in der Form eines Schwammes vor. Der Kollagenschwamm
kann vor der Verabreichung durch Eintauchen des Schwammes in das
gewünschte
Volumen und die gewünschte
Konzentration des Proteins für
einen geeigneten Zeitraum mit Protein beladen werden. Der Kollagenschwamm
wird bevorzugt durch Eintauchen in einem Bereich von etwa 10% bis
etwa 150% Vol./Vol. [ml Protein/cc trockener Schwamm], stärker bevorzugt etwa
10 bis etwa 60% Vol./Vol., mit Protein beladen. In einer anderen
Ausführungsform
kann das Protein an den Kollagenschwamm während der Herstellung adsorbiert
werden. In diesem Fall wird das Knochen-morphogenetische Protein
bevorzugt zu dem Kollagenschwamm während der Herstellung zugegeben
und lyophilisiert, um ein einheitliches Produkt zu bilden. Das Protein
wird bevorzugt in einem Verhältnis
von etwa 10 bis etwa 150% Vol./Vol. zugegeben, stärker bevorzugt
in einem Bereich von etwa 60 bis etwa 80% Vol./Vol.. Andere Formen
von Kollagen, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sein
können, sind
Kollagengel und kreuzvernetztes polymeres Kollagen.
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Eine andere bevorzugte Familie von
Trägern zur
Verabreichung des Knochenmorphogenetischen Proteins sind poröse Polymerpartikel,
im Detail im US-Patent 5,171,579 beschrieben. Bevorzugt sind die
porösen
Polymerpartikel Co-Polymere von Polymilchsäure oder Polyglycolsäure. Das
Protein und die Polymere werden bevorzugt durch ein Sequestriermittel,
wie autologes Blut, sequestriert. Ein alternativer Träger, der
für die
vorliegende Erfindung nützlich
ist, ist eine Formulierung von knochenbildendem Protein, porösen Polymerpartikeln
und einem anderen Sequestriermittel, wie Cellulosematerial. Andere bevorzugte
Sequestrieragenzien schließen
Hyaluronsäure,
Natriumalginat, Poly(ethylenglycol), Polyoxyethylenoxid, Carboxylvinylpolymer
und Poly(vinylalkohol) ein. Am meisten bevorzugt als das Sequestriermittel
für diese
Ausführungsform
ist Carboxymethylcellulose. Diese Zusammensetzungen werden in der
veröffentlichten
PCT-Anmeldung WO93/0050
beschrieben. Das Celluloseprotein-Sequestriermittel liegt bevorzugt
in einer Konzentration von etwa 1 bis etwa 10% (Gew./Vol. Implantat)
vor. Das poröse
Polymerpartikel/Cellulose-Sequestriermittel kann gegebenenfalls
weiter mit wässrigem
Glycerol als ein Lösungsmittel
gemischt werden, bevorzugt in Konzentrationen von etwa 10 bis etwa
80% (Vol./Vol.); und Verhältnisse
von Sequestriermittel/flüssige
Lösungsporöse Polymerpartikel
liegen bevorzugt bei etwa 0.1 bis etwa 0.9 (Vol./Vol.). In einer
anderen Ausführungsform
können
die porösen
Polymerpartikel in einem verschmolzenen Schwamm gebildet werden, wie
in US-Patent 5,520,923 beschrieben. Die Menge an knochenbildendem
Protein, das mit porösen
Polymerpartikeln verwendet wird, liegt im allgemeinen im Bereich
von 0.1 bis 1 mg Protein, bevorzugt 0.05 bis 6 mg Protein für jeden
Kubikzentimeter an verwendeter Zusammensetzung.
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Eine andere bevorzugte Familie von
Trägern sind
Cellulosematerialien, wie Alkylcellulose (einschließlich Hydroxyalkylcellulose),
einschließlich
Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose,
Hydroxypropylmethylcellulose und Carboxymethylcellulose, wobei die
am meisten bevorzugte die kationischen Salze von Carboxymethylcellulose
(CMC) sind.
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Im Fall von Celluloseträgern und
Kollagengelen ist es bevorzugt, dass der Träger in Form eines hydratisierten
Cellulosegels vorliegt. Die Viskosität kann chemisch oder durch
mechanische Mittel erhöht
werden, wie starkes Schütteln
für einen
geeigneten Zeitraum, gefolgt von Autoklavieren. Der BMP- und Celluloseträger liegt
bevorzugt in einer Lösung eines
geeigneten Puffers vor. Eine bevorzugte Pufferlösung ist eine Zusammensetzung,
umfassend, zusätzlich
zum knochenbildenden Protein, etwa 1.0 bis etwa 10% (Gew./Vol.)
Glycin, etwa 0.1 bis etwa 5.0% (Gew./Vol.) eines Zuckers, bevorzugt
Saccharose, etwa 1 bis etwa 20 mM Glutaminsäurehydrochlorid und gegebenfalls
etwa 0.01 bis etwa 0.1% einer nichtionischen grenzflächenaktiven
Substanz, wie Polysorbat 80. Bevorzugte Lösungen liegen zwischen etwa
1% und etwa 20% (Gew./Vol.) Celluloseträger/Puffer. Wenn gewünscht, kann
ein Salz zugegeben werden. Ein bevorzugter viskoser Gelträger ist in
Beispiel 2 nachstehend beschrieben. Die Menge an knochenbildendem
Protein, die mit dem viskosen Gelträger brauchbar ist, liegt im
allgemeinen in einem Bereich von etwa 0.05 bis etwa 1.5 mg, bevorzugt von
etwa 0.1 bis etwa 1.0 mg Kubikzentimeter an erforderlichem Implantatmaterial.
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Andere Materialien, die zur Verwendung
als Träger
für BMPs
in den gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Zusammensetzungen geeignet sein können, schließen Hyaluronsäure, chirurgische Netze
oder Nähte,
Polygluconat, Temperatur-empfindliche Polymere, demineralisierter
Knochen, Mineralien und Keramik, wie Calciumphosphate, Hydroxyapatit,
usw., sowie Kombinationen der vorstehend beschriebenen Materialien
ein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird jedoch kein Träger verwendet. Stattdessen
wird das Protein der vorliegenden Erfindung in einem geeigneten
Puffer, wie der vorstehend beschriebene, direkt an die die Gewebereparatur
benötigende
Stelle verabreicht. Zum Beispiel kann das Protein mit einem Pinsel
oder einem anderen geeigneten Applikator, wie einer Spritze zur Injektion,
verabreicht werden. In einer anderen Ausführungsform kann das Protein
direkt an die die Gewebereparatur benötigende Stelle verabreicht
werden.
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Die folgenden Beispiele beschreiben
weiter die Praxis der Ausführungsformen
der Erfindung mit BMP-2 in einem Kollagenschwamm-Träger. Die
Beispiele sind nicht einschränkend,
und, wie vom Fachmann erkannt wird, können sie in Übereinstimmung mit
der vorstehenden Beschreibung verändert werden.
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BEISPIELE
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Beispiel 1: BMP-2 und
Kollagenschwamm-Polymerträger
in chirurgisch erzeugten Abtrennungsdefekten von der Sehne an den
Knochen
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Zwanzig erwachsene Bastardhunde wurden verwendet.
Die langen Zehenstreckungssehnen beider Kniegelenke wurden von ihrer
Oberschenkelinsertion abgetrennt und durch ein Bohrloch in die proximale
Längenwachstumszone
des Schienbeins transplantiert. Die lange Zehenstreckungssehne des Kniegelenks
beider Hinterbeine wurde von ihrer Einfügungsstelle in den Oberschenkel
abgetrennt und durch einen Knochentunnel in die proximale Längenwachstumszone
des Schienbeins transplantiert. Rekombinantes menschliches BMP-2
(rhBMP-2) wurde an der Verbindungsstelle Sehne-Knochen in einem Bein
unter Verwendung von Typ I-Kollagenschwamm als Träger verabreicht
[1]. Das kontralaterale Bein
erhielt den Kollagenschwamm ohne rhBMP-2 [Kontrolle].
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Die Tiere wurden während der
Chirurgie betäubt.
Das Kniegelenk wurde durch einen seitlichen Einschnitt neben der
Kniescheibe angegangen; die lange Zehengliedstreckunssehne wurde
identifiziert und wurde dann von ihrer Einfügung in den seitlichen Oberschenkelgelenkkopf
durch scharfen Schnitt abgetrennt. Die Bündel über den vorderen Schienbeinmuskel
wurde dann eingeschnitten, und der Muskel wurde seitlich zurückgezogen.
Ein Bohrloch, 4.8 mm Durchmesser, wurde in der proximalen Längenwachstumszone
des Schienbeins in einem 45 Grad-Winkel zur Längenachse des Knochens gemacht.
Helistat®-Kollagenschwamm wurde
mit rekombinantem menschlichem BMP-2 (rhBMP-2) beladen, und der
Schwamm wurde dann um die abgetrennte Sehne gewickelt. Das freie
Ende der Sehne wurde manuell durch das Bohrloch gezogen und wurde
unter Spannung auf der medialen Seite der proximalen Längenwachstumszone
des Schienbeins mit einfachen unterbrochenen Nähten von 4–0 rostfreiem Stahl fixiert.
Die Sehne passte gut in den Knochentunnel und war in Kontakt mit
dem Knochen durch die Länge
des Tunnels. Die Gelenkkapsel, das Bündel und die subkutanen Gewebe
wurden mit unterbrochenen Nähten
von 3–0
Chromfaden geschlossen, und die Haut wurde mit unterbrochenen Nähten von
3–0 rostfreiem
Stahl geschlossen. Das Vorgehen wurde dann am anderen Knie durchgeführt. Die
Beine wurden nicht ruhiggestellt, und den Hunden wurde erlaubt,
sich je nach Lust in einzelnen Zimmerausläufen zu bewegen.
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Acht Hunde wurden nach zwei und vier
Wochen getötet;
vier Hunde wurden nach acht Wochen getötet. Hochauflösende Radiographien
wurden gemacht, und mikroskopische Schnitte der Verbindungsstelle
Sehne-Knochen wurden unter Licht und polarisiertem Lichtmikroskop
untersucht. Tetracyclin-markierte Schnitte wurden unter dem Fluoreszenzmikroskop
untersucht. Biomechanisches Austesten des maximalen Beladens versus
Misslingens wurden für
die Zwei- und Vier-Wochen-Proben auf einem MTS-Materialien-Testgerät in einer Spannungsrate von
50.8 mm/Sekunde durchgeführt.
Die misslungenen Beladungen wurden gemittelt, und die mit rhBMP-2
behandelte Seite wurde mit der Kontrollseite mittels eines Student's Paarungstests verglichen.
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Ergebnisse: Serielle histologische
Analyse zeigte eine ausgiebige Proliferation von Fibroblasten, runden
Osteoblasten-ähnlichen
Zellen und Trabekeln von neuem Knochen an der Verbindungsstelle
Sehne-Knochen in den rh-BMP-2-behandelten Beinen, verglichen mit
den Beinen, die nur den Kollagen-Träger erhielten. Bei fortschreitendem
Heilungsprozess reiften die Trabekel des neuen Knochens an der Verbindungsstelle
in den rhBMP-2-behandelten
Beinen und kamen näher
an die Sehne, während
es in dem Bein ohne rhBMP-2 eine Zone von Faser- oder Granulationsgewebe
gab, das die Sehne und den Knochentunnel trennte. Von Kossa-gefärbte Schnitte
und Fluoreszenzmikroskopie Fluorochrom-markierter Proben zeigten
fortschreitende Mineralisierung des neu gebildeten Knochens an der
Verbindungsstelle Sehne-Knochen. Hochauflösende Radiographien zeigten,
dass während
des Knocheninduktionsvorganges der schon existierende lamellare
Knochen wiederaufgenommen wurde, und es wurde beobachtet, dass neuer
Knochen fortschreitend in den Vier- und Acht-Wochen-rhBMP-2-Proben mineralisierte. Es
gab keinen Hinweis einer Immunantwort des Wirtes auf das Kollagen-Implantat.
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Gepaarte Vergleiche der maximalen
Bruchkraft (In zeigten, dass die rhBMP-2-behandelten Beine sowohl in den Zwei-Wochen-Proben
(p=0.035) als auch den Vier-Wochen-Proben
(p=0.05) bedeutend stärker
waren. Es gab eine statistisch bedeutende Erhöhung der Kraft von zwei bis
vier Wochen in den rhBMP-2-behandelten Beinen (p=0.02) und den Kontrollbeinen
(p=0.005) [2].
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Diskussion: Knochen-morphogenetisches Protein
verstärkt
die Heilung eines Sehnentransplantats in einem Knochentunnel. Eine
frühere
Untersuchung der Heilung der Verbindung Sehne-Knochen zeigte eine
Fasergewebeverbindung zwischen der Sehne und dem Knochen. In der
vorliegenden Untersuchung induzierte rhBMP-2 ausgiebige Ablagerung neuen
Knochens am Verbindungsgewebe, was in einem näheren Anfingen des Knochens
an die Sehne zu früheren
Zeitpunkten und einer regelmäßigeren Entstehung
von Sharpey'schen
Fasern zwischen der Sehne und dem Knochen in den rhBMP-2-behandelten
Beinen resultiert. Die erhöhte
Stärke
der Fixierung korreliert mit dem histologischen Grad des Knocheneinwachsens,
der in den rhBMP-2-behandelten Beinen beobachtet wird.