EP3946165A1

EP3946165A1 - Implant made of carrier material interspersed with biologically active donor material, and method for producing such an implant

Info

Publication number: EP3946165A1
Application number: EP20702771.5A
Authority: EP
Inventors: Adem Aksu; Frank Reinauer; Tobias Wolfram
Original assignee: Karl Leibinger Medizintechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Karl Leibinger Asset Management & Co Kg GmbH
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2022-02-09
Also published as: CN113631121B; WO2020200539A1; CN113631121A; DE102019108190A1; US20220168104A1

Abstract

The invention relates to an implant (1) for introducing into a patient, having an implant body which is made of a ceramic carrier material (2), is at least partially resorbable and at least in some regions is porous, the carrier material being provided with a donor material (3) that in the implanted state delivers ions to influence the patient's cellular metabolism, the carrier material (2) being interspersed with the donor material (3). The invention also relates to a method for producing an implant (1) of said type.

Description

Implantat aus mit biologisch aktivem Spendermaterial durchsetzten Träqermaterial und Implant made of carrier material interspersed with biologically active donor material and

Verfahren zu dessen Herstellung Process for its manufacture

Die Erfindung betrifft ein Implantat, bspw. ein Kranialimplantat, zum Einsetzen in einen (menschlichen) Patientenkörper. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Implantats. The invention relates to an implant, for example a cranial implant, for insertion into a (human) patient's body. The invention also relates to a method for producing such an implant.

Unter einem Implantat ist dabei eine in einen menschlichen oder tierischen Körper eingebrachte, körperfremde medizinische Vorrichtung, die üblicherweise für eine definierte Zeit im Körper verbleibt. Kranialimplantate sind dabei Schädelimplantate, d. h. Implantate, die in Bereichen eines menschlichen oder tierischen Schädels verwendet werden. In this context, an implant is a non-body medical device that is introduced into a human or animal body and usually remains in the body for a defined period of time. Cranial implants are cranial implants, i. H. Implants used in areas of a human or animal skull.

Resorbierbare / bioresorbierbare Komponenten / Materialien sind Materialien / Stoffe, die ein (Patienten-)Körper biologisch aufnehmen kann. Resorbable / bioresorbable components / materials are materials / substances that a (patient) body can biologically absorb.

Der Zellmetabolismus bzw. Stoffwechsel umfasst alle physikalischen und chemischen Vorgänge zur Umwandlung chemischer Ausgangsstoffe in Zwischen- und Endprodukte im Körper. The cell metabolism or metabolism comprises all physical and chemical processes for the conversion of chemical starting materials into intermediate and end products in the body.

Die derzeit am Markt verfügbaren bzw. bekannten keramischen oder nicht keramischen Knochenregenerationsprodukte als Bestandteile von Implantaten kommen als Granulate, aushärtbare Zemente oder vorgefertigte Formkörper mit einfacher standardmäßiger Geometrie vor. Dabei werden kaum patientenspezifische Implantate mit individuell dreidimensional angepasster Form, Strukturierung und bioaktiver The ceramic or non-ceramic bone regeneration products currently available on the market or known as components of implants occur as granulates, hardenable cements or prefabricated molded bodies with simple, standard geometry. Thereby hardly any patient-specific implants with individually three-dimensionally adapted shape, structure and bioactive become

Ausgestaltung vorgesehen. Design provided.

Materialien mit biologischer Aktivität bzw. bioaktiven Substanzen sind interaktive Substanzen, die eine positive zelluläre Reaktion bewirken und/oder Körpergewebe „reparieren“. Es ist bekannt, Implantate mit biologischer Aktivierung zu beschichten (Coating), wobei das Coating mit Stabilitätsproblemen für das Implantat behaftet und ungeeignet für Langzeitaktivitäten ist. Materials with biological activity or bioactive substances are interactive substances that cause a positive cellular reaction and / or "repair" body tissue. It is known to coat implants with biological activation (coating), the coating being afflicted with stability problems for the implant and unsuitable for long-term activities.

Weiterhin sind keramische Materialien bekannt, die als Granulat oder zähflüssige Paste direkt in den Patientenkörper eingebracht werden. Derartige Implantate erlauben keine strukturspezifische, geometrische, präimplantive Ausformung. Nur über zufallsbasierte Änderungen der Implantatzusammensetzung können derartige Furthermore, ceramic materials are known which are introduced directly into the patient's body as granules or viscous paste. Such implants do not allow any structure-specific, geometric, pre-implantation shaping. Such changes can only be made through random changes in the implant composition

Implantate mit gradientartig verteilten Poren erzeugt werden. Implants with pores distributed like a gradient can be produced.

So ist bspw. aus EP 0 923 953 B1 eine medizinische Vorrichtung bekannt, die mindestens einen Anteil aufweist, der in den Körper eines Patienten implantierbar ist. Dabei ist mindestens ein Teil des Vorrichtungsanteils mit einer Beschichtung für die Freisetzung von mindestens einem biologisch aktiven Material bedeckt, wobei die Beschichtung eine Unterschicht umfasst, die eine Außenfläche aufweist, und ein Polymermaterial umfasst, das eine Menge an biologisch aktivem Material darin für die zeitlich festgelegte Freisetzung daraus enthält. Die Beschichtung umfasst des Weiteren eine diskontinuierliche Deckschicht, die weniger als die gesamte Außenfläche der Unterschicht bedeckt, wobei bedeckte und unbedeckte Bereiche durch die gesamte Außenfläche der Unterschichten ausgebildet werden. Die Deckschicht umfasst ein Polymermaterial, das von Poren und Porenbildnern frei ist. A medical device is known from EP 0 923 953 B1, for example, which has at least one portion that can be implanted in the body of a patient. At least a portion of the device portion is covered with a coating for the release of at least one biologically active material, the coating comprising a sub-layer having an outer surface and a polymer material having an amount of biologically active material therein for the timed Release from it contains. The coating further comprises a discontinuous cover layer that covers less than the entire outer surface of the sub-layer, with covered and uncovered areas being formed through the entire outer surface of the sub-layers. The cover layer comprises a polymer material that is free from pores and pore formers.

Weiterhin offenbart US 7 101 394 B2 eine medizinische Vorrichtung, welche biologisch aktives Material einem Patientenkörper zuführt. Eine erste Deckschicht weist ein biologisch aktives Material auf und weist optionalerweise ein Polymermaterial auf, welches an der Oberfläche der medizinischen Vorrichtung angeordnet ist. Eine zweite Deckschicht, die magnetische Partikel und ein Polymermaterial aufweist, ist auf der ersten Deckschicht angeordnet. Die zweite Deckschicht, welche im Wesentlichen kein biologisch aktives Material aufweist, schützt das biologisch aktive Material. Furthermore, US Pat. No. 7,101,394 B2 discloses a medical device which supplies biologically active material to a patient's body. A first cover layer comprises a biologically active material and optionally comprises a polymer material which is arranged on the surface of the medical device. A second cover layer, which has magnetic particles and a polymer material, is arranged on the first cover layer. The second cover layer, which has essentially no biologically active material, protects the biologically active material.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme aus dem Stand der Technik abzumildern oder zu verhindern und insbesondere robuste bzw. stabile Implantate vorzusehen, die besser als herkömmliche Implantate das Einwachsen von Körpergewebe erlauben. Against this background, it is the object of the present invention to mitigate or prevent the problems from the prior art and in particular to provide robust or stable implants which allow body tissue to grow in better than conventional implants.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Implantat insbesondere dadurch, dass das Implantat einen zumindest teilresorbierbaren und zumindest in Teilbereichen porösen Implantatkörper aus einem keramischen Trägermaterial, bspw. a-TCP, ß-TCP, Hydroxylapatit, biphasische Kalziumphosphate, Bioglass, ß-SiAION oder The invention solves this problem with an implant in particular in that the implant has an at least partially resorbable and at least partially porous implant body made of a ceramic carrier material, e.g. a-TCP, β-TCP, hydroxyapatite, biphasic calcium phosphate, bioglass, ß-SiAION or

bioresorbierbare Photopolymere, aufweist. Dabei ist das Trägermaterial bioresorbable photopolymers. Here is the carrier material

erfindungsgemäß mit einem Spendermaterial versehen, welches im implantierten Zustand Ionen zur Beeinflussung des Patienten-Zellmetabolismus abgibt, und das Spendermaterial durchsetzt das Trägermaterial. Weiter erfindungsgemäß ist provided according to the invention with a donor material which, in the implanted state, releases ions to influence the patient's cell metabolism, and the donor material penetrates the carrier material. Is further according to the invention

vorgesehen, dass das biologisch aktive Spendermaterial, welches Ionen freisetzt, intrinsisch strukturell im Implantat vorgesehen ist und nicht in Form einer provided that the biologically active donor material, which releases ions, is provided intrinsically structurally in the implant and not in the form of a

Implantatsbeschichtung vorliegt. Implant coating is present.

Die intrinsisch vorgesehene biologische Aktivität bedeutet, dass die biologische Aktivität eine Eigenschaft des Implantats selbst ist und nicht nur von außen auf das Implantat aufgebracht ist. Das heißt, dass das Spendermaterial über das gesamte Implantatvolumen vorliegt. Ein solches erfindungsgemäßes Implantat ermöglicht ein optimales Einwachsen von Körper-Weichgewebe und eine Knochenneubildung. The intrinsically provided biological activity means that the biological activity is a property of the implant itself and is not only applied externally to the implant. This means that the donor material is present over the entire implant volume. Such an implant according to the invention enables optimal ingrowth of body soft tissue and new bone formation.

Gleichzeitig erhöht das Einwachsen die Festigkeit des Implantats. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Implantat länger biologisch aktiv als bspw. beschichtete At the same time, the ingrowth increases the strength of the implant. In addition, the implant according to the invention is biologically active longer than, for example, coated

Implantate, da die biologische Aktivität des erfindungsgemäßen Implantats von innen heraus kommt (intrinsisch ist), nicht wie bei beschichteten Implantaten, bei denen nur die Oberfläche biologisch aktiv ist. Implants, since the biological activity of the implant according to the invention comes from the inside (is intrinsic), not as in the case of coated implants in which only the surface is biologically active.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend detailliert erläutert. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and are explained in detail below.

Es ist denkbar, dass das Spendermaterial keramische und/oder metallische Partikel aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die keramischen Partikel bioresorbierbar sind. Solche Materialien sind besonders dazu geeignet, Ionen freizusetzen, und sind somit resorbierbar und bioaktiv. Darüber hinaus ist zweckmäßig, dass der Implantatkörper in Schichten oder Teilbereiche unterschiedlicher Dichte und/oder Porosität unterteilt ist. Somit wird die biologische Aktivität durch die Schichtgeometrie des Implantats sowie durch die vom Speichermaterial freigesetzten Ionen gesteuert. Außerdem ist ein derartiges Implantat besonders gut zum Einwachsen von Körpergewebe geeignet. It is conceivable that the donor material has ceramic and / or metallic particles. It is provided that the ceramic particles are bioresorbable. Such materials are particularly suitable for releasing ions and are therefore resorbable and bioactive. In addition, it is expedient for the implant body to be divided into layers or subregions of different density and / or porosity. The biological activity is thus controlled by the layer geometry of the implant and by the ions released by the storage material. In addition, such an implant is particularly well suited for the ingrowth of body tissue.

Vorteilhaft ist auch, wenn einzelne Poren im Implantatkörper über It is also advantageous if individual pores in the implant body

Konnektionskanäle miteinander verbunden sind. Derartige Konnektionskanäle verbinden Poren miteinander, sodass sie einen Substanzaustausch zwischen den Poren bzw. über die Poren hinweg erlauben und ermöglichen somit eine verbesserte und länger andauernde lonen-Freisetzung. Connection channels are interconnected. Such connection channels connect pores with one another, so that they allow a substance exchange between the pores or across the pores and thus enable an improved and longer-lasting release of ions.

Es ist auch vorstellbar, dass das Spendermaterial im Trägermaterial so It is also conceivable that the donor material in the carrier material so

angeordnet und konzentriert ist, dass sich beim Abgeben von Ionen im implantierten Zustand die Konnektionskanäle zwingend ergeben (sekundäre Konnektionskanäle), oder dass die Konnektionskanäle im Implantatkörper bereits vor dem Einsetzen in den Patienten vorliegen (primäre Konnektionskanäle). Der implantierte Zustand ist ein Zustand, in dem das Implantat in einen Patientenkörper eingesetzt ist oder in dem Patientenkörper vorliegt. is arranged and concentrated so that when ions are released in the implanted state, the connection channels necessarily result (secondary connection channels), or that the connection channels are already present in the implant body before insertion into the patient (primary connection channels). The implanted state is a state in which the implant is inserted into a patient's body or is present in the patient's body.

Es ist bevorzugt, wenn der Implantatkörper eine Gesamtporosität zwischen 3 % bis 60 %, insbesondere zwischen 5 % bis 10 %, bevorzugt zwischen 25 % bis 30 %, weiter bevorzugt zwischen 50 % bis 60 % und besonders bevorzugt zwischen 75 % bis 80%, aufweist. Eine Gesamtporosität in diesem Bereich ist besonders vorteilhaft für ein Einwachsen des Implantats. It is preferred if the implant body has a total porosity between 3% to 60%, in particular between 5% to 10%, preferably between 25% to 30%, more preferably between 50% to 60% and particularly preferably between 75% to 80%, having. A total porosity in this area is particularly advantageous for the implant to grow in.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Porengröße der Poren im Furthermore, it is advantageous if the pore size of the pores in the

Implantatkörper in einem Bereich von 300 pm bis 1.500 pm, im speziellen 350 pm bis 450 pm, 800 pm bis 900 pm, 1000 pm bis 1200 pm liegt. Die Porengrößen werden dabei im Vorhinein plantechnisch festgelegt und anschließend bautechnisch exakt umgesetzt. Die Porengrößen werden somit nicht zufallsbedingt erzeugt. Durch die für die jeweilige Anwendung geeignete Wahl der Porengröße ist eine größtmögliche Offenporigkeit bei gleichzeitig optimierten mechanischen Bedingungen möglich und es wird das optimale Einwachsen von Weichgewebe und eine Knochenneubildung im Patientenkörper ermöglicht. Implant body is in a range from 300 pm to 1,500 pm, in particular 350 pm to 450 pm, 800 pm to 900 pm, 1000 pm to 1200 pm. The pore sizes are planned in advance and then implemented precisely in terms of construction. The pore sizes are therefore not generated randomly. The largest possible choice of pore size for the respective application is possible Open-pore structure is possible with optimized mechanical conditions at the same time, and the optimal ingrowth of soft tissue and new bone formation in the patient's body are made possible.

Weiterhin sind Porengradienten von 200 pm bis 900 pm oder bis 2500 pm denkbar, wobei die Porengradienten jeweils um 100 pm zueinander gestuft sind. Furthermore, pore gradients of 200 μm to 900 μm or up to 2500 μm are conceivable, the pore gradients each being stepped from one another by 100 μm.

Weiterhin ist auch denkbar, dass das Implantat eine geschlossene Struktur mit Furthermore, it is also conceivable that the implant has a closed structure

Porengradienten von mehr als 10 pm aufweist. Has pore gradients of more than 10 pm.

Es ist auch vorteilhaft, wenn das keramische Trägermaterial (im noch nicht fertiggestellten Implantat) in Form von pulver- oder granulatförmigen Keramikpartikeln vorliegt. Dabei beeinflusst die Granulatform die geometrischen und biologischen Eigenschaften im Implantat. It is also advantageous if the ceramic carrier material (in the as yet unfinished implant) is in the form of powdery or granular ceramic particles. The granulate shape influences the geometric and biological properties in the implant.

Weiterhin ist es möglich, dass die Keramikpartikel teilkristallin oder kristallin angeordnet sind. Dadurch ist ein haltbareres und langlebigeres Implantat erzielbar. It is also possible for the ceramic particles to be arranged partially crystalline or crystalline. This enables a more durable and long-lasting implant to be achieved.

Ein besonderes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikpartikel und die Metallpartikel sphärisch (kugelförmig) mit einer jeweiligen Partikelgröße der Metallpartikel zwischen 5-10 pm und der Keramikpartikel zwischen 25-120 pm und/oder die Keramik- und Metallpartikel kubisch (würfelförmig) mit einer Kantenlänge von 5-25 pm für die Metallpartikel und von 40-60 pm für die A special embodiment is characterized in that the ceramic particles and the metal particles are spherical (spherical) with a respective particle size of the metal particles between 5-10 μm and the ceramic particles between 25-120 μm and / or the ceramic and metal particles are cubic (cube-shaped) with a Edge length of 5-25 pm for the metal particles and from 40-60 pm for the

Keramikpartikel sind. Insbesondere durch eine Mischung sphärischer und kubischer Partikel wird eine vorteilhafte biomechanische Festigkeit letztlich erreicht. Ceramic particles are. In particular, a mixture of spherical and cubic particles ultimately achieves advantageous biomechanical strength.

Weiterhin ist es denkbar, dass das Implantat erste Schichten (bspw. die äußersten 0 bis 30 Schichten des Implantats), letzte Schichten und mittlere Schichten Furthermore, it is conceivable that the implant has first layers (for example the outermost 0 to 30 layers of the implant), last layers and middle layers

(Flauptschichten), welche von den ersten und letzten Schichten umgeben sind, aufweist, wobei die ersten Schichten massiv, die mittleren Schichten porös und die letzten Schichten massiv sind oder die ersten Schichten porös, die mittleren Schichten massiv und die letzten Schichten porös sind. Es ist außerdem zweckmäßig, wenn das Implantat auf jeweils unterschiedlichen, insbesondere einander gegenüberliegenden Flächen, hydrophob oder hydrophil ausgebildet ist. Dies ermöglicht unterschiedliche Möglichkeiten des Implantats zur mechanischen und physikalischen Interaktion mit dem Körpergewebe eines Patienten. Diese Gewebeinteraktionen können über die partielle Resorbierbarkeit der definierten Struktur bzw. Geometrie des Implantats beeinflusst (verstärkt oder verringert) werden. (Main layers), which are surrounded by the first and last layers, wherein the first layers are solid, the middle layers are porous and the last layers are solid, or the first layers are porous, the middle layers are solid and the last layers are porous. It is also useful if the implant is made hydrophobic or hydrophilic on different, in particular opposite, surfaces. This enables different possibilities of the implant for mechanical and physical interaction with the body tissue of a patient. These tissue interactions can be influenced (increased or decreased) via the partial resorbability of the defined structure or geometry of the implant.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Implantat über ein additives / generatives Fertigungsverfahren hergestellt ist. Ein in diesem Verfahren gefertigtes Implantat ist besonders kostengünstig herzustellen. Furthermore, it can be provided that the implant is manufactured using an additive / generative manufacturing process. An implant manufactured using this method is particularly inexpensive to manufacture.

Weiterhin wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zur Fierstellung des erfindungsgemäßen Implantats gelöst. Dabei weist das Verfahren die folgenden Schritte auf, die vorteilhafterweise nacheinander und vorzugsweise in diese Reihenfolge ablaufen: Furthermore, the object on which the invention is based is achieved by a method for securing the implant according to the invention. The method has the following steps, which advantageously run one after the other and preferably in this order:

a) Mischen von Trägermaterial und Spendermaterial, welche entweder pulverförmig, granulatförmig, flüssig oder zähflüssig sind, zu einem Rohgemisch, b) Ortsaufgelöstes Verbinden (d. h. Verbinden der Rohgemisch-Elemente an definierten Orten, um eine spezifische Implantatform des Implantatkörpers zu erhalten) des Rohgemischs, bspw. durch Laser-Sintern, in eine Vielzahl von a) Mixing of carrier material and donor material, which are either powdery, granular, liquid or viscous, to form a raw mixture, b) spatially resolved joining (i.e. joining of the raw mixture elements at defined locations in order to obtain a specific implant shape of the implant body) of the raw mixture, for example by laser sintering, in a variety of

Einzelschichten (vorzugsweise unter je nach Einzelschicht unterschiedlichem, graduellem Energieeintrag), Individual layers (preferably with a different, gradual energy input depending on the individual layer),

c) Übereinanderlegen und schichtweises Verbinden der Vielzahl von c) superimposing and joining the plurality of layers in layers

Einzelschichten zum fertiggestellten / fertigen Implantatkörper. Individual layers for the finished / finished implant body.

Ein nach diesen Schritten hergestellten Implantat weist die oben definierten Vorteile auf. An implant produced according to these steps has the advantages defined above.

Durch bspw. das Herstellen der ersten Schichten unter hohem Energieeintrag, der mittleren Schichten mit geringem Energieeintrag und der letzten Schichten mit hohem Energieeintrag, weisen in diesem Beispiel die Mitte des Implantats, das heißt die mittleren Schichten des Implantats, mehr Poren als die ersten und letzten Schichten auf, sodass sie schneller resorbieren können. In anderen Worten betrifft die Erfindung dreidimensionale Implantate, die über eine generative Fertigung hergestellt werden, wobei die Implantate bspw. aus a- Trikalziumphosphat (a-TCP), ß-Trikalzium phosphat (ß-TCP) und Hydroxylapatit (HA) sowie Mischungen aus ß-TCP und HA, sogenannte biphasische Kalziumphospate (TCP), Bioglaskomponenten, sowie Mischungen aus a-TCP, ß-TCP und HA, Zr02,By producing the first layers with high energy input, the middle layers with low energy input and the last layers with high energy input, for example, the center of the implant, i.e. the middle layers of the implant, have more pores than the first and last Layers up so that they can absorb faster. In other words, the invention relates to three-dimensional implants which are produced by additive manufacturing, the implants, for example, from α-tricalcium phosphate (α-TCP), β-tricalcium phosphate (β-TCP) and hydroxyapatite (HA) and mixtures of β -TCP and HA, so-called biphasic calcium phosphate (TCP), bioglass components, as well as mixtures of a-TCP, ß-TCP and HA, Zr02,

AI2O3, ß-SiAION, bioabbaubare Photopolymere, Verbundwerkstoffe aus Keramik und metallische Partikelkompositionen aufweist. Dabei werden unter Energieeintrag die keramischen Partikel oder ein Komposit aus keramischem Pulver und der organischen Polymermatrix oder ein anorganisches Komposit aus einem keramisch resorbierbaren oder nicht resorbierbaren Werkstoff in Kombination mit einem oder mehrerer AI2O3, ß-SiAION, biodegradable photopolymers, composite materials made of ceramic and metallic particle compositions. The ceramic particles or a composite of ceramic powder and the organic polymer matrix or an inorganic composite of a ceramic resorbable or non-resorbable material in combination with one or more are thereby energized

metallischer Partikel oder Bioglaskompositionen ortsaufgelöst miteinander verbunden. Durch das schichtweise Verbinden und anschließende Verfestigen entsteht durch das Übereinanderlegen und Verbinden vieler Einzelschichten ein dreidimensionales metallic particles or bioglass compositions connected to one another in a spatially resolved manner. The layer-by-layer connection and subsequent solidification creates a three-dimensional structure by superimposing and connecting many individual layers

Implantat mit strukturell definierter makroskopischer und mikroskopischer Porosität. Implant with structurally defined macroscopic and microscopic porosity.

Dadurch kann eine kurzzeitige Herstellung der Implantate und eine Anpassung der Implantate an die anatomische Region des Patientenkörpers sichergestellt werden. Durch die unterschiedlichen Porositäten in Kombination mit einem additiven / As a result, a short-term production of the implants and an adaptation of the implants to the anatomical region of the patient's body can be ensured. Due to the different porosities in combination with an additive /

generativen Herstellungsverfahren können dabei neuartige formgebundene Generative manufacturing processes can be novel shape-related

Gradientengeometrien dargestellt werden, welche spezifische biologische Aktivitäten durch Bioresorption generieren können. Gradient geometries can be displayed, which can generate specific biological activities through bioresorption.

Porengrößen von ca. 600 pm erlauben ein schnelles Einwachsen von Pore sizes of approx. 600 μm allow rapid ingrowth of

Blutgefäßen, Bindegewebe und evtl. Knochengewebe. Da eine Nährstoffversorgung von vitalen Zellen innerhalb des Implantatgerüstes lediglich über eine Distanz von 150- 200 pm möglich ist, vornehmlich durch Diffusion, stellt die Neubildung von Blutgefäßen einen entscheidenden Prozess im Hinblick auf eine erfolgreiche Integration des Blood vessels, connective tissue and possibly bone tissue. Since the supply of nutrients to vital cells within the implant structure is only possible over a distance of 150-200 μm, primarily through diffusion, the formation of new blood vessels is a crucial process with regard to successful integration of the

Implantats dar. Durch die Materialkomposition und Gradientengestaltung der Porosität zusammen mit spezifischen Resorptionsmerkmalen des Implantats des The material composition and the gradient design of the porosity together with specific resorption characteristics of the implant of the

verbindungsgemäßen Implantats wird die Nährstoffversorgung von biologischen compound according to the implant is the nutrient supply of biological

Geweben optimiert. Dabei werden spezifische Strukturen im Bereich von 300-500 pm gebildet und größere Poren im Bereich von 800-1.200 pm. Die Poren werden Optimized fabrics. Specific structures in the range of 300-500 pm and larger pores in the range of 800-1,200 pm are formed. The pores will

gradientenartig durch die Baustrategie verteilt, sodass Gradientenmuster entstehen, die eine größtmögliche Offenporigkeit bei gleichzeitig optimierten mechanischen Bedingungen ermöglichen. Distributed like a gradient through the building strategy, so that gradient patterns arise that enable the greatest possible open pores with simultaneously optimized mechanical conditions.

Dadurch ist das erfindungsgemäße Implantat entweder komplett oder zumindest teilresorbierbar. Dies ermöglicht das optimale Einwachsen von Weichgewebe und eine Knochenneubildung. Dieses umfassende, vaskuläre Einwachsen hilft dabei, wichtige Zellen, die Infektion bekämpfen, tief in das Implantat zu transportieren. Besonders sinnvoll sind volumenmäßig große Implantate oder auch kleinere Implantate mit baubedingt vergrößerter Fläche. As a result, the implant according to the invention is either completely or at least partially resorbable. This enables optimal soft tissue ingrowth and new bone formation. This extensive, vascular ingrowth helps transport important cells that fight infection deep into the implant. Large implants in terms of volume or smaller implants with a larger area due to the construction are particularly useful.

Das Einwachsen von Weichgewebe erhöht außerdem die Festigkeit des Soft tissue ingrowth also increases the strength of the

Implantats und die biologische Aktivität der Implantate wird nicht über Implant and the biological activity of the implants will not be over

Wachstumsfaktoren gesteuert, sondern durch die Geometrie des Implantats zusammen mit den resorbierbaren Komponenten, insbesondere durch das Freisetzen metallischer und nichtmetallischer Ionen. Dabei werden metabolische und zellphysiologische Growth factors controlled, but rather by the geometry of the implant together with the resorbable components, in particular by the release of metallic and non-metallic ions. Thereby metabolic and cell physiological

Reaktionen (chemische und physikalische Reaktionen bzw. Prozesse innerhalb von einer Zelle) aktiviert oder für den Fleilungsprozess vorteilhaft modifiziert. Reactions (chemical and physical reactions or processes within a cell) activated or advantageously modified for the expansion process.

Somit erhält das erfindungsgemäße Implantat keine Beschichtung / Coating, sondern die biologische Aktivierung des erfindungsgemäßen Implantats ist intrinsisch strukturell in diesem vorhanden. Dadurch werden Implantate beim Einbau robuster und eine biologische Aktivierung des Implantats verteilt sich über die Zeit, die das Implantat im Patientenkörper vorliegt. The implant according to the invention therefore does not receive any coating, but the biological activation of the implant according to the invention is intrinsically structurally present in it. This makes implants more robust during installation and biological activation of the implant is distributed over the time that the implant is in the patient's body.

Die Erfindung betrifft in anderen Worten somit ein generativ gefertigtes, keramisches oder teilkeramisches, geometrisch komplexes Implantat mit In other words, the invention relates to a generatively manufactured, ceramic or partially ceramic, geometrically complex implant

dreidimensionaler und gradientengeprägter, interkonnektierender und/oder partiell interkonnektierender, offenporiger Struktur. Durch einen unterschiedlich graduellen Energieeintrag (bspw. ein Energieeintrag zwischen 49, 52 bis 2971 , 20 mJ/cm², insbesondere von 80 bis 1 10 mJ/cm² bevorzugt von 150 bis 200 mJ/cm² und besonders bevorzugt von 260 bis 290 mJ/cm²) in die jeweiligen Schichten kann eine höhere Festigkeit erzielt werden. Weiterhin kann eine höhere Festigkeit durch unterschiedliche Belichtungsdauer (zwischen 1 bis 60 Sekunden), Belichtungsintensität (5 bis 49, 52 mW/cm²) und Wartezeit je Einzelschicht des Implantats erzielt werden. Dabei führt eine längere Belichtungsdauer in den Erst- und Hauptschichten zu einer höheren Festigkeit des Implantats. three-dimensional and gradient-shaped, interconnecting and / or partially interconnecting, open-pored structure. Through an energy input of different degrees (e.g. an energy input between 49.52 to 2971.20 mJ / cm ² , in particular from 80 to 110 mJ / cm ^2, preferably from 150 to 200 mJ / cm ² and particularly preferably from 260 to 290 mJ / cm ² ) in the respective layers, higher strength can be achieved. Furthermore, a higher strength can be achieved through different exposure times (between 1 to 60 seconds) and exposure intensity (5 to 49, 52 mW / cm ² ) and waiting time can be achieved for each individual layer of the implant. A longer exposure time in the first and main layers leads to a higher strength of the implant.

Weiterhin erhält das additiv hergestellte Implantat eine Festigkeitssteigerung die unterschiedlichen Energieeinträge je Schicht und auch die durch die Konnektionskanäle zusammenhängenden Porenstränge werden unterschiedlich belichtet. Nach der Belichtung erhält das keramische Implantat nachfolgend eine Wärmebehandlung (in den Temperaturschritten mit den Intervallen 250 bis 300 °C, 380 bis 400 °C, 450 bis 470 °C und 600 bis 650 °C), ohne dass dabei die Poren verschlossen werden. Furthermore, the additively manufactured implant receives an increase in strength, the different energy inputs per layer and the pore strands connected by the connection channels are also exposed differently. After exposure, the ceramic implant is then given a heat treatment (in the temperature steps with the intervals 250 to 300 ° C, 380 to 400 ° C, 450 to 470 ° C and 600 to 650 ° C) without the pores being closed.

Weiterhin führt die Wärmebehandlung zu einer zusätzlichen Festigkeitssteigerung, zu einer Gefügeumwandlung sowie zu geänderten Oberflächeneigenschaften des Furthermore, the heat treatment leads to an additional increase in strength, to a structural transformation as well as to changed surface properties of the

Implantats. Durch unterschiedliche Wärmebehandlungsmethoden (in den Implant. Different heat treatment methods (in the

Temperaturschritten mit den Intervallen 750 bis 800 °C, 870 bis 890 °C, 900 bis 950 °C, 950 bis 1050 °C, 1130 bis 1170 °C, 1200 bis 1300 °C und 1400 bis 1450 °C) können glatte Oberflächeneigenschaften erzielt werden, wobei das Implantat innseitig porös ist. Das Implantat kann aus mindestens einem oder zwei oder drei oder vier der zuvor erwähnten Materialkomponenten gefertigt sein. Temperature steps with the intervals 750 to 800 ° C, 870 to 890 ° C, 900 to 950 ° C, 950 to 1050 ° C, 1130 to 1170 ° C, 1200 to 1300 ° C and 1400 to 1450 ° C) can achieve smooth surface properties the implant is porous on the inside. The implant can be made from at least one or two or three or four of the aforementioned material components.

Der resorbierbare Anteil des erfindungsgemäßen Implantats kann zwischen 0 und 100 %, insbesondere zwischen 20 bis 30 % oder zwischen 45 bis 50 % oder zwischen 65 bis 80 %, liegen. Von außen nach innen (von seinen äußeren zu seinen inneren Schichten) kann das Implantat so aufgebaut sein, dass die äußeren Schichten zu einem großen Anteil resorbierbar sind, wobei die Resorbierbarkeit der Schichten von den äußeren zu den inneren Schichten kontinuierlich oder diskontinuierlich abnimmt. The resorbable portion of the implant according to the invention can be between 0 and 100%, in particular between 20 to 30% or between 45 to 50% or between 65 to 80%. From the outside to the inside (from its outer to its inner layers), the implant can be constructed in such a way that the outer layers are resorbable to a large extent, the resorbability of the layers decreasing continuously or discontinuously from the outer to the inner layers.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Implantat spezifische Strukturen für die Fixierung mithilfe von Schrauben oder Fixierungsvorrichtungen aus Titan, Furthermore, the implant according to the invention can have specific structures for the fixation with the aid of screws or fixation devices made of titanium,

medizinischem Edelstahl, resorbierbaren Metalllegierungen, Polymeren sowie resorbierbaren Polymeren aufweisen. Die Ausrichtung einer derartigen spezifischen Struktur verläuft in einer Winkelstruktur zur Implantatoberfläche zwischen 5 bis 28°medical stainless steel, resorbable metal alloys, polymers and resorbable polymers. The alignment of such a specific structure runs in an angular structure to the implant surface between 5 and 28 °

Grad, 30 bis 50 ° Grad, 55 bis 75° Grad und 80 bis 85 ° Grad. Die Fixierungsstruktur sollte dabei eine Wandstärke zwischen 0,5 mm bis 20,0 mm aufweisen. io Degrees, 30 to 50 degrees, 55 to 75 degrees and 80 to 85 degrees. The fixation structure should have a wall thickness between 0.5 mm and 20.0 mm. ok

Insbesondere ist es denkbar, dass das erfindungsgemäße, dreidimensionale Implantat im Falle einer Augmentation (Verfahren zum Wiederaufbau von autologem Knochen durch hererologe, xenogene oder synthetische Knochenersatzmaterialien) mit dem erfindungsgemäßen Implantat, insbesondere Dentalimplantat, mit Auslassungen bzw. Lücken versehen ist. Diese Auslassungen haben die Aufgabe, mit autologem Knochengewebe oder Knochenfragmenten (dem Patienten körpereigenes In particular, it is conceivable that the three-dimensional implant according to the invention is provided with omissions or gaps in the case of an augmentation (method for rebuilding autologous bone using hererologic, xenogenic or synthetic bone replacement materials) with the implant according to the invention, in particular a dental implant. The purpose of these omissions is to communicate with autologous bone tissue or bone fragments (the patient's own body

Knochengewebe / Knochenfragmente) während der Implantation (während dem Bone tissue / bone fragments) during implantation (during the

Einbringen des Implantats in den Patientenkörper) befüllbar zu sein. Diese Insertion of the implant into the patient's body) to be fillable. This

Auslassungen können dabei eine Größe von 1 , 0 bis 1 ,5 mm, von 1 ,5 bis 2,0 mm, von 2,0 bis 2,5 mm oder von 2,5 bis 2,8 mm aufweisen. Wenn größere Knochenfragmente in das Implantat eingebracht werden sollen bzw. wenn das Implantat größere Holes can have a size of 1.0 to 1.5 mm, 1.5 to 2.0 mm, 2.0 to 2.5 mm or 2.5 to 2.8 mm. If larger bone fragments are to be introduced into the implant or if the implant is larger

Knochenfragmente aufnehmen soll, kann das Implantat dementsprechend To accommodate bone fragments, the implant can accordingly

Fixierungsstrukturen mit vergrößerter Geometrie zur Aufnahme der einzelnen Fixation structures with enlarged geometry to accommodate the individual

Knochenfragmente aufweisen. Have bone fragments.

Die verwendeten Materialien für das erfindungsgemäße Implantat sind in The materials used for the implant according to the invention are in

Pulverform, Granulatform und als flüssiges oder zähflüssiges Gemisch vorhanden, wobei die Materialien in unterschiedlichen Mengen und Stoffzusammensetzungen miteinander vermischt werden. Besonders wichtig ist hierbei die Granulatform, da die gewünschten geometrischen und biologischen Eigenschaften des Implantats über den Energieeintrag geregelt werden und dieser von der Pulver- und Granulatform abhängig ist. Powder form, granule form and as a liquid or viscous mixture, the materials being mixed with one another in different amounts and compositions. The granulate form is particularly important here, since the desired geometric and biological properties of the implant are regulated via the energy input and this depends on the powder and granulate form.

Hierbei können sphärische Partikel mit Größen von 5-18 pm und 25-120 pm verwendet werden, wobei die metallischen Komponenten kleiner als die keramischen Partikel sind. Weiterhin können die keramischen Partikel vollständig oder teilweise kubische Formen mit Kantenlängen von 5-25 pm sowie von 40-60 pm aufweisen. Here, spherical particles with sizes of 5-18 μm and 25-120 μm can be used, the metallic components being smaller than the ceramic particles. Furthermore, the ceramic particles can have completely or partially cubic shapes with edge lengths of 5-25 μm and 40-60 μm.

Zusätzlich können die ersten Komponenten der keramischen Partikel eine Mischung geometrisch ungleichmäßiger Pulverpartikel enthalten und die keramische Komponente kann eine kristalline oder teilkristalline Anordnung aufweisen. Das in Schichten strukturell aufgebaute erfindungsgemäße Implantat mit einer graduellen bzw. schrittweisen Degradation (Abbaubarkeit) ermöglicht ein im Hinblick auf die Zellmigration (aktive Ortsänderung von Zellen oder Zellverbänden im Gewebe des Patienten) zelltypspezifisches Einwachsen des Implantats in den Patientenkörper. In addition, the first components of the ceramic particles can contain a mixture of geometrically non-uniform powder particles and the ceramic component can have a crystalline or partially crystalline arrangement. The implant according to the invention, structured in layers, with gradual or step-by-step degradation (degradability) enables cell-type-specific growth of the implant into the patient's body with regard to cell migration (active change of location of cells or cell associations in the patient's tissue).

Weiterhin wird durch ein derartiges Implantat vorteilhafterweise eine definierte Furthermore, an implant of this type advantageously has a defined

Aktivierung von zellphysiologischen Prozessen an und in dem Implantat hervorgerufen. Activation of cell physiological processes on and in the implant.

Im Folgenden werden eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Implantats sowie des Verfahrens zur Herstellung des Implantats unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. An embodiment of the implant according to the invention and the method for producing the implant are described in detail below with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Implantats; und 1 shows a cross-sectional view of the implant according to the invention; and

Fig. 2 ein Flussdiagramm, welches die Schritte zur Herstellung eines Implantats darstellt. Fig. 2 is a flow chart showing the steps for producing an implant.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die Ausführungsform ist rein beispielhaft. The figures are only of a schematic nature and are only used for understanding the invention. The embodiment is purely exemplary.

Fig. 1 zeigt das Implantat 1 , welches das Trägermaterial 2 und ein Fig. 1 shows the implant 1, which the carrier material 2 and a

Spendermaterial 3 aufweist. Gleichzeitig ist die Schichtstruktur des Implantats 1 zu erkennen. Dabei sind die Schichten so angeordnet, dass in diesem Has donor material 3. At the same time, the layer structure of the implant 1 can be seen. The layers are arranged so that in this

Ausführungsbeispiel, die ersten Schichten 4 zuunterst angeordnet sind, sich die mittleren Schichten 5 über den ersten Schichten 4 befinden, und die letzten Schichten 6 in dieser Ansicht zuoberst (oberhalb der mittleren Schichten 5) angeordnet sind. Dabei weisen die ersten, mittleren und letzten Schichten 4, 5, 6 voneinander verschiedene Dichten / Porositäten auf. Embodiment, the first layers 4 are arranged at the bottom, the middle layers 5 are above the first layers 4, and the last layers 6 in this view are arranged at the top (above the middle layers 5). The first, middle and last layers 4, 5, 6 have different densities / porosities from one another.

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm, welches die einzelnen Schritte zum Erhalten des erfindungsgemäßen Implantats 1 zeigt. In einem ersten Schritt S1 werden das keramische Trägermaterial 2 und das Spendermaterial 3, welches resorbierbare Komponenten enthält, miteinander zu einem Rohgemisch RM vermischt. Die einzelnen Komponenten dieses Rohgemischs RM werden im nachfolgenden Schritt S2 FIG. 2 shows a flow diagram which shows the individual steps for obtaining the implant 1 according to the invention. In a first step S1, the ceramic carrier material 2 and the donor material 3, which is resorbable Contains components, mixed together to form a raw mixture RM. The individual components of this raw mixture RM are in the following step S2

ortsaufgelöst durch Laser-Sintern miteinander verbunden, sodass eine Vielzahl an Einzelschichten, bspw. eine erste Einzelschicht ES1 , eine zweite Einzelschicht ES2 und weitere Einzelschichten entstehen, wobei eine beliebige Einzelschicht mit ESn gekennzeichnet ist. Im dritten Schritt S3, der auf den Schritt S2 folgt, werden diese Einzelschichten ES1 , ES2, ... , ESn übereinandergelegt und unter Energieeintrag miteinander verbunden, sodass als ein Produkt das fertige Implantat 1 erhalten wird. Connected to one another in a spatially resolved manner by laser sintering, so that a large number of individual layers, for example a first individual layer ES1, a second individual layer ES2 and further individual layers, are produced, with any individual layer being identified by ESn. In the third step S3, which follows step S2, these individual layers ES1, ES2,..

Liste der Bezuqszeichen List of references

1 Implantat 1 implant

2 Trägermaterial 2 carrier material

3 Spendermaterial 3 donation material

4 erste Schichten 4 first layers

5 mittlere Schichten 5 middle layers

6 letzte Schichten 6 final layers

ES1 erste Einzelschicht ES1 first single layer

ES2 zweite Einzelschicht ES2 second single layer

ESn n-te (beliebige) Einzelschicht RM Rohgemisch ESn nth (any) single layer RM raw mixture

51 erster Schritt 51 first step

52 zweiter Schritt 52 second step

53 dritter Schritt 53 third step

Claims

Expectations

1. Implant (1) for insertion in a patient, with an at least partially resorbable and at least partially porous implant body made of a ceramic carrier material (2) which is provided with a donor material (3) which releases ions in the implanted state to influence the patient's cell metabolism , the donor material (3) penetrating the carrier material (2) so that the donor material (3) is present over the entire implant volume.

2. implant (1) according to claim 1, characterized in that the donor material (3) has ceramic and / or metallic particles.

3. Implant (1) according to claim 1 or claim 2, characterized

characterized in that the implant body in layers or in partial areas

different density and / or porosity is divided.

4. implant (1) according to any one of claims 1 to 3, characterized

characterized in that individual pores in the implant body are connected to one another via connection channels.

5. The implant (1) according to claim 4, characterized in that the donor material (3) is arranged and concentrated in the carrier material (2) so that when the ions are released in the implanted state, the connection channels or the connection channels and implant bodies already exist ready for insertion in the patient.

6. implant (1) according to any one of claims 1 to 5, characterized

characterized in that the implant body has a total porosity between 3% and 60%.

7. implant (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized

characterized in that the pore size of the pores in the implant body is in a range from 300 pm to 1,500 pm.

8. implant (1) according to one of claims 1 to 7, characterized

characterized in that the ceramic carrier material (2) is in the form of powder or granular ceramic particles.

9. The implant (1) according to claim 8, characterized in that the ceramic particles and the metal particles are spherical with a particle size of 5-18 pm for the metal particles and from 25-120 pm for the ceramic particles and / or cubic with an edge length of 5- 25 pm for the metal particles and from 40-60 pm for the

Ceramic particles are.

10. A method for producing an implant (1) according to claim 1, comprising the steps:

a) Mixing of carrier material (2) and donor material (3) to form a raw mixture

(RM),

b) Spatially resolved joining of the raw mixture (RM) into a plurality of

Single layers (ES1, ES2, ESn)

c) superimposing and joining the plurality of layers in layers

Individual layers (ES1, ES2, ESn) for the finished implant body.