Beschreibung
Bϊoresorbierbares Material zur Füllung von Knochendefekten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein bioresorbierbares Material zur Fül¬ lung von Knochendefekten.
In vielen Bereichen der medizinischen Versorgung sind Knochendefekte zu behandeln, vor allem in der Orthopädie, Unfallchirurgie, Kiefer- und Zahnchirurgie sowie der Handchirurgie. Knochendefekte treten bei¬ spielsweise bei Frakturen, insbesondere bei Trümmerfrakturen, bei der Ausräumung von Zysten und Tumoren, bei Osteoporose, bei dem Ein¬ setzen von Hüftgelenksprothesen, bei degenerativen Erkrankungen der Wirbelsäule sowie bei Zahnextraktionen, Wurzelspitzenresektionen, Kie- fernteilrekonstruktionen und peridontalen Defekten auf. Oftmals ist es sinnvoll, Knochendefekte aufzufüllen, um das ursprüngliche Knochen¬ material zu ersetzen oder auch um die Neubildung und Regeneration von Knochen anzuregen.
Zur Auffüllung von Knochendefekten werden bereits eine Vielzahl ver¬ schiedener Materialien eingesetzt. Beispielsweise kommen hierbei voll¬ synthetische Knochenersatzwerkstoffe auf Kalziumphosphatbasis oder auch Transplantate aus natürlichen Knochen oder Knochensplittern zur Anwendung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Material, welches zur Auffüllung der Knochendefekte eingesetzt wird, den Wiederaufbau körpereigener Knochen ermöglicht und unterstützt, so daß nach einiger Zeit das externe Material mehr oder weniger vollständig durch körperei¬ genes Material ersetzt werden kann. Von daher spielt die Fähigkeit des Füllmaterials, vom Körper resorbiert zu werden, eine große Rolle. Bisher verwendete Knochen, Knochensplitter oder anorganische Knochener¬ satzmaterialien haben den Nachteil, daß die Resorption insgesamt sehr lange dauert. Neben der Oberflächenstruktur und Porosität des Füllma¬ terials, welches bei der Resorption eine wesentliche Rolle spielt, ist die Resorption des anorganischen Anteils des Füllmaterials der geschwin¬ digkeitsbestimmende Schritt. Weiterhin haben bisher verwendete Füll¬ materialien oftmals den Nachteil, daß die Bildung und Regeneration von körpereigenem Knochen- oder Knorpelmaterial nicht oder nur unzurei¬ chend angeregt oder gefördert wird.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Material zur Füllung von Knochendefekten bereitzustellen, welches im wesentlichen der natürli¬ chen Knochenzusammensetzung entspricht, aber dennoch gut und mit relativ großer Geschwindigkeit abbaubar ist. Dieses Material soll zum einen osteokonduktive Eigenschaften aufweisen, also eine Stützstruktur für den Wiederaufbau von körpereigenen Knochen bereitstellen. Zum anderen soll dieses Füllmaterial osteoinduktive Eigenschaften besitzen, also Eigenschaften, die die Bildung von körpereigenem Knochen- oder Knorpelgewebe in besonderer Weise fördern und unterstützen. Weiter¬ hin soll die Möglichkeit bestehen, daß das Füllmaterial Eigenschaften ausweist, die in sonstiger Weise vorteilhaft sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Material gelöst, wie es im Anspruch 1 be¬ schrieben ist. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Materials sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt. Der Anspruch 13 bezieht sich auf einen geeigneten Kit zur Bereitstellung eines solchen bioresorbierba- ren Materials. Durch Bezugnahme wird der Wortlaut sämtlicher Ansprü¬ che zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei dem erfindungsgemäßen Material zur Füllung von Knochendefekten handelt es sich um ein bioresorbierbares Material, welches ein demine- ralisiertes xenogenes Knochenmaterial und mindestens einen Zusatz¬ stoff, Wirkstoff und/oder Extrakt umfaßt. Bei dem demineralisierten Kno¬ chenmaterial handelt es sich um eine sogenannte Knochenmatrix, aus der der anorganische Anteil (Mineralien) bis auf Spuren nahezu voll¬ ständig entfernt ist. Man spricht daher auch von demineralisierter Kno¬ chenmatrix, abgekürzt DBM. Das Knochenmaterial besteht daher im wesentlichen nur noch aus der organischen Matrix, die aber weitgehend der natürlichen Zusammensetzung des Knochens entspricht.
Allgemein besteht ein natürlicher Knochen zu etwa 70 % aus anorgani¬ schen Komponenten, hauptsächlich aus Hydroxyapatit. Neben etwa 10 % Wasseranteil werden die übrigen 20 % von organischen Bestandtei¬ len gebildet, wobei es sich hierbei hauptsächlich um Collagen handelt. Zu einem geringen Anteil sind nicht-collagene Proteine, insbesondere Osteocalcin, Osteonectin und Osteopontin, Cytokine, Wachstumsfakto¬ ren, Proteoglycane sowie Fette vorhanden. Das demineralisierte Kno¬ chenmaterial stellt also im wesentlichen eine Mischung verschiedener Proteine (Eiweiße) dar, deren Hauptbestandteil Collagen ist. Vorteilhaft¬ erweise handelt es sich hierbei hauptsächlich um Collagen-Typ I. Her¬ kömmlicherweise bereits verwendete Collagenschwämme werden in der Regel aus Haut oder Sehnen hergestellt. Auch sie bestehen zumindest zum Teil aus Collagen-Typ I, welches im nativen Zustand vorliegen kann. Bei diesen Produkten ist jedoch die „natürliche Umgebung" zer-
stört. Im Gegensatz hierzu befinden sich die Proteine des erfindungs¬ gemäß eingesetzten demineralisierten Knochenmaterials in natürlichem Zustand. Umgebung und Zusammensetzung der Proteine des Kno¬ chenmaterials sind nicht künstlich in eine neue Form gebracht. Das na¬ türliche Netzwerk aus Collagenfasern und/oder -fibrillen ist also nach wie vor erhalten. Dies bewirkt, daß das demineralisierte Knochenmaterial in seiner Zusammensetzung und Struktur natürlichem Knochen sehr nahe kommt und damit ideale osteokonduktive Eigenschaften besitzt. Hinzu kommt, daß das demineralisierte Knochenmaterial als organische Matrix im Körper schnell abgebaut wird und bereits dadurch die Bildung von körpereigenem Knochenmaterial in besonderer Weise ermöglicht und fördert.
Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten demineralisierten Knochenma¬ terial handelt es sich um xenogenes Material, d. h. um Knochenmaterial artfremder Herkunft. Bei der Füllung von Knochendefekten im Menschen wird als Quelle für das Knochenmaterial also kein humaner Knochen (allogenes Material) eingesetzt. Dies hat den Vorteil, daß das Risiko übertragbarer (transmissibler) Krankheitserreger deutlich gesenkt wird. Knochenmaterial xenogenen Ursprungs weist im allgemeinen keine oder nur wenige Krankheitserreger auf, die für den Menschen gefährlich sein könnten. Xenogenes Material ist also weniger risikoreich als allogenes Material, da humanpathogene Erreger in xenogenem Material relativ sel¬ ten sind. Nichtsdestotrotz ist es vorteilhaft, eine Inaktivierung möglicher Erreger durchzuführen, da im allgemeinen nicht auszuschließen ist, daß bisher unbekannte Erreger im Material auftreten können oder bekannte Erreger die Artengrenzen überspringen. Allerdings kann durch den Ein¬ satz von xenogenem Ursprungsmaterial eine Inaktivierung verschiede¬ ner möglicher übertragbarer Krankheitserreger auf ein Mindestmaß re¬ duziert werden. Im allgemeinen ist eine Entfettung und Demineralisie- rung des Materials zur Inaktivierung übertragbarer Krankheitserreger ausreichend. Neben dem Vorteil der Vereinfachung des Herstellungs-
prozesses hat dies weiterhin den Vorteil, daß materialimmanente positi¬ ve Eigenschaften des demineralisierten Knochenmaterials nicht durch zusätzliche Behandlungen beeinträchtigt werden.
Aufgrund seiner Struktur eignet sich das demineralisierte Knochenmate¬ rial in besonders vorteilhafter Weise als Träger für Zusatzstoffe, Wirk¬ stoffe, Extrakte oder beispielsweise auch für Zellen, die ebenfalls hierun¬ ter zu verstehen sind. Allgemein können durch derartige Substanzen die Eigenschaften des Materials definiert und eingestellt werden, um so das erfindungsgemäße Material an die jeweiligen Anwendungen anzupas¬ sen. Als Zusatzstoffe, Wirkstoffe oder Extrakte kommen eine Vielzahl von Substanzen in Frage. Besonders bevorzugt sind jedoch biologisch aktive Zusatzstoffe und/oder Wirkstoffe bzw. biologische Extrakte. Der¬ artige Substanzen können für den Produktschutz vorteilhaft sein, indem sie z. B. einen mikrobiellen Abbau verhindern. Weiterhin können Sub¬ stanzen eingesetzt werden, die aus therapeutischen Gründen (drug deli- very System) und/oder bei der Unterstützung der Knochenheilung und Knochenregeneration vorteilhaft sind. Weiterhin lassen sich auch physi¬ kalische Eigenschaften des bioresorbierbaren Materials durch Zusatz¬ stoffe gezielt modulieren. Auch die Freisetzung von Wirkstoffen aus dem Material kann durch weitere Zusatzstoffe beeinflußt werden.
Als Wirkstoffe, insbesondere als biologisch aktive Wirkstoffe, kommen vor allem solche Stoffe in Frage, die lokal wirksam sind und in der unmit¬ telbaren Nähe des Knochendefektes ihren Effekt bewirken. Andererseits können auch systemisch wirksame Substanzen durch das bioresorbier- bare Material in den Körper eingebracht werden. Dies hängt vom jewei¬ ligen Anwendungsfall und dem zu behandelnden Defekt ab.
Als Zusatzstoff bzw. als Wirkstoff kann vorteilhafterweise ein Bindemittel und/oder ein Vernetzungsmittel eingesetzt werden, wodurch die Modifi¬ kationsmöglichkeiten des bioresorbierbaren Materials in weiten Berei-
chen erhöht werden. Hierdurch können beispielsweise die Stabilität und/ oder die Porosität des Materials beeinflußt werden. Vor allem der Zusatz von Bindemitteln beeinflusst die Porosität. Wenn Partikel beispielsweise lediglich mit dem Bindemittel verrührt werden, wird die Porosität in der Regel stark verringert. Sollte dies, abhängig vom Anwendungsfall, nicht gewünscht sein, ist eine oberflächliche Konditionierung der Einzelparti¬ kel vorteilhaft, d. h. also eine oberflächliche Behandlung der Einzelparti¬ kel mit Bindemittel. Durch den Zusatz von amphoteren Mitteln und/oder Salzen kann die Hydrophilie des bioresorbierbaren Materials beeinflußt werden. Als amphotere Mittel sind insbesondere biologische Stoffe be¬ vorzugt. Weiterhin kann als Zusatzstoff ein Rekonstitutionsmittel vorge¬ sehen sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das bioresor- bierbare Material in getrockneter Form vorliegt und vor der Anwendung rückbefeuchtet wird. Die Rückbefeuchtung getrockneter Biopolymere kann problematisch sein, da die Biopolymere bzw. das bioresorbierbare Material nach der Rückbefeuchtung unter Umständen nicht mehr die gewünschten Eigenschaften aufweist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn vor einer Trocknung Stoffe zugesetzt werden, die bei der Re- konstitution vorteilhaft sind und die nach Zugabe von beispielsweise Wasser oder physiologischer Kochsalzlösung die gewünschte Konsis¬ tenz und die gewünschten Eigenschaften des bioresorbierbaren Materi¬ als ergeben. Weiterhin können als Zusatzstoffe Stoffe eingesetzt wer¬ den, die allgemein die Konsistenz des bioresorbierbaren Materials be¬ einflussen. Hierfür kommen in erster Linie Stoffe in Frage, mit denen sich die Viskosität definiert einstellen läßt. Beispielsweise sind Salze ge¬ eignet, insbesondere Salze von anionischen oder kationischen Polyme¬ ren und/oder Biopolymeren.
Als Zusatzstoff bzw. als Wirkstoff, insbesondere als biologisch aktiver Wirkstoff, sind Wachstumsfaktoren, Zytostatika, Antibiotika, radioaktive Materialien und/oder Antikörper bevorzugt. Durch derartige Substanzen kann beispielsweise das bioresorbierbare Material selbst geschützt wer-
den, insbesondere vor bakterieller Zersetzung. Zusätzlich oder alternativ dazu kann hierdurch das bioresorbierbare Material mit bestimmten Funktionen ausgestattet werden, die im Körper des Patienten vorteilhaf¬ te Wirkung entfalten. Dies kann beispielsweise aus therapeutischen Gründen vorgenommen werden und/oder zur Unterstützung der Kno¬ chenheilung und/oder der Regeneration.
Durch die Verwendung von Wachstumsfaktoren bzw. von osteoindukti- ven Faktoren kann insbesondere die Knochen- und/oder Knorpelneubil¬ dung noch verbessert oder gefördert werden, wodurch die Integrations¬ und Heilungsprozesse im Patienten beschleunigt werden. Das bioresor¬ bierbare Material selbst weist bereits osteoinduktive Eigenschaften auf. Durch den Einsatz von weiteren Zusatzstoffen, Wirkstoffen und/oder Ex¬ trakten können diese Eigenschaften verbessert werden, wobei vor allem die Positionierung der Zusatzstoffe, Wirkstoffe und/oder Extrakte auf dem Material, vorzugsweise auf dessen Oberfläche, die Zielzellen bes¬ ser ansprechen lassen. Geeignete Wachstumsfaktoren sind beispiels¬ weise BMP (bovine morphogenetic protein), insbesondere BMP-2, BMP- 7 und/oder BMP-4, sowie IGF (insuline-like growth factor), insbesondere IGF-I, und TGF (transforming growth factor), insbesondere TGF-ßl. Wei¬ terhin kann das bioresorbierbare Material mit einem oder mehreren Zy¬ tostatika ausgestattet sein. Dies ist besonders bei krebsartigen Verände¬ rungen im Bereich des Knochendefektes und/oder des umliegenden Gewebes vorteilhaft. In diesem Zusammenhang kann auch radioaktives Material eingesetzt werden, welches ebenfalls zur Abtötung von entarte¬ tem Gewebe vor allem in lokalen Bereichen geeignet ist. Weiterhin ist die Verwendung von Antibiotika als Wirkstoff bevorzugt. Dies kann zum einen Abwehrreaktionen im Körper vermeiden, zum anderen kann hier¬ durch auch ein Produktschutz des bioresorbierbaren Materials erreicht werden. Darüber hinaus kann auch der Einsatz von Antikörpern in die¬ sem Zusammenhang sinnvoll sein, insbesondere aus therapeutischen Gründen. Diese verschiedenen beispielhaft erwähnten Substanzen so-
wie andere wirksame Substanzen können miteinander kombiniert wer¬ den und so besonders vorteilhafte Effekte erzielen. Welche Zusatz- und/oder Wirkstoffe gewählt werden, hängt selbstverständlich vom je¬ weiligen Anwendungsfall ab.
Mit Vorteil kann das bioresorbierbare Material mit einem Extrakt, insbe¬ sondere einem biologischen Extrakt, versehen sein. Ein derartiger Ex¬ trakt kann beispielsweise eine Kombination verschiedener Wirkstoffe enthalten, die biologisch aktiv sein können. Ein solcher Extrakt wird vor¬ zugsweise aus biologischem Material gewonnen. Beispielsweise kann es sich um einen Extrakt aus demineralisiertem Knochenmaterial han¬ deln, der verschiedene, vor allem biologisch aktive Substanzen enthält, die in Hinsicht auf eine Knochen- bzw. Knorpelneubildung sehr aktiv sind. Bezüglich der Komponenten und der Herstellung eines solchen beispielhaften Extraktes wird auf die Offenbarungen der internationalen Patentanmeldungen WO 91/06324 und WO 93/20857 verwiesen. Ein derartiger Extrakt wird von der Anmelderin unter der Marke „COLLOSS" als Produkt vertrieben. In bevorzugter Weise kann ein solcher Extrakt in Kombination mit anderen wirksamen Substanzen, insbesondere mit an¬ deren biologisch wirksamen Substanzen, eingesetzt werden.
Die Zusatzstoffe, Wirkstoffe und/oder Extrakte können mit dem biore- sorbierbaren Material, welches beispielsweise aus Pulver vorliegt, ver¬ mischt und so für die Anwendung bereitgestellt werden. Andererseits ist es auch möglich, diese Substanzen in Form einer Beschichtung auf das bioresorbierbare Material aufzubringen. Dies ist insbesondere bei Gra¬ nulaten und vor allem bei Formkörpern vorteilhaft. Beispielsweise läßt sich demineralisiertes und insbesondere auch entfettetes und konditio¬ niertes Knochenmaterial mit Vorteil mit einem Extrakt beschichten, ins¬ besondere mit dem erwähnten „COLLOSS". Für eine derartige Be¬ schichtung eignen sich insbesondere Formkörper. Der Extrakt kann als Suspension vorliegen. Das bedeutet für die Verwendung von
„COLLOSS" gemäß den zitierten Patentanmeldungen, daß die bei der Herstellung des Extraktes entstehende letzte Stufe vor der Lyophilisation eingesetzt wird. Durch eine Beschichtung in dieser Art läßt sich ein bio- resorbierbares Material herstellen, das sowohl osteokonduktiv als auch osteoinduktiv ist. Es weist eine vorteilhafte Stabilität auf und besitzt eine schnelle Resorbierbarkeit, da kein langsam resorbierendes anorgani¬ sches Material vorhanden ist. Die Porenstruktur ist nicht nur zwischen den einzelnen Partikeln, sondern auch innerhalb der Partikel optimiert, wodurch eine interkonnektierende Porosität bereitgestellt wird, die in¬ nerhalb der Partikel auch für Zellen zugänglich ist. Durch die Beschich¬ tung des Materials wird der Extrakt mit seinen wirksamen Substanzen im auszufüllenden Knochendefekt in optimaler Weise verteilt. Insbesondere wird durch die Stabilität der Partikel ein Kollabieren des eingesetzten Materials verhindert. Weiterhin werden die im Extrakt enthaltenen Sub¬ stanzen in vorteilhafter Weise an der inneren und/oder äußeren Oberflä¬ che der Partikel präsentiert, so daß diese Substanzen für den Körper, insbesondere für körpereigene Zellen, verfügbar sind. Diese Zugäng¬ lichkeit der wirksamen Substanzen ist beispielsweise im Vergleich mit autologem Knochen als Füllmaterial deutlich verbessert.
Der Zusatz der Substanzen kann vor oder nach einer Trocknung des Materials erfolgen. Hierbei kann entweder das einsatzbereite bioresor- bierbare Material mit den Zusätzen für die Anwendung bereitgestellt werden, oder es wird dem Anwender die Möglichkeit gegeben, das Ma¬ terial selbst zu beschichten bzw. mit den weiteren Substanzen zu verse¬ hen. Dies kann durch Anbieten eines Kits, in dem alle wesentlichen Komponenten enthalten sind, erfolgen. Bei der Herstellung von Endpro¬ dukten, die bereits Zusatzstoffe, Wirkstoffe und/oder Extrakte enthalten, sollte deren Stabilität gegenüber den Herstellungsbedingungen sowie den Sterilisationsverfahren berücksichtigt werden. In dem Fall, daß der Anwender das Produkt selbst mit entsprechenden Substanzen versieht, muß dies vorteilhafterweise nicht berücksichtigt werden.
Durch das Versehen mit Zusatzstoffen, Wirkstoffen und/oder Extrakten können zum einen äußere Oberflächen des bioresorbierbaren Materials und zum anderen zusätzlich oder alternativ dazu Hohlräume bzw. Innen¬ räume des bioresorbierbaren Materials mit den Substanzen versehen sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn wirksame Substanzen in der Art verwendet werden, daß eine kontrollierte Freisetzung ermöglicht wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß Innenräume und/ oder Poren des bioresorbierbaren Materials mit den wirksamen Sub¬ stanzen ausgestattet bzw. modifiziert sind, so daß der Wirkstoff gebun¬ den und dann retardiert freigesetzt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des bioresorbierbaren Materials ist das verwendete Knochenmaterial entfettet. Hierbei kann der Fettanteil der natürlichen Knochenzusammensetzung reduziert oder nahezu vollständig entfernt werden. Eine derartige Entfettung kann vor oder nach der Demineralisierung des Knochenmaterials durchgeführt werden. Durch die Prozesse der Demineralisierung und der Entfettung werden auch die möglicherweise in dem xenogenen Ursprungsmaterial enthaltenen transmissiblen Krankheitserreger effektiv inaktiviert. Gleich¬ zeitig ist sichergestellt, daß das resultierende Material osteoinduktive Eigenschaften aufweist, also in der Lage ist, eine ektope Knochenbil¬ dung zu fördern. Dieses erfindungsgemäße Material ist also zugleich osteokonduktiv und in besonderem Maße osteoinduktiv.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemä¬ ßen Verwendung ist das Material durch Mahlen von Knochen, Demin- eralisieren insbesondere mit Säure und weiterem Aufarbeiten des unlös¬ lichen Anteils des demineralisierten Materials zur Einstellung eines ge¬ webeverträglichen Milieus herstellbar. Weiterhin kann das Material zu einem beliebigen Zeitpunkt vor der weiteren Aufarbeitung zur Einstellung des gewebeverträglichen Milieus mit vorzugsweise organischem Lö¬ sungsmittel entfettet werden. Vorteilhafterweise erfolgt dieser Entfet-
tungsschritt vor oder nach dem Demineralisieren mit Säure. Das Mahlen des Knochens zu Knochenmehl erfolgt nach dem Fachmann geläufigen Methoden. Besonders vorteilhaft ist es, daß das resultierende Kno¬ chenmehl einen Korngrößenbereich von etwa 30 bis etwa 3.000 μm, vorzugsweise etwa 100 bis etwa 2.000 μm, aufweist. Um eine geeignete Korngröße einzustellen, kann der Knochen entsprechend gemahlen und/oder gesiebt werden. Die Entfettung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von Ethanol und/oder Aceton. Für die Demineralisierung (Entkalkung) wird vorzugsweise Salzsäure verwendet.
Die weitere Aufarbeitung des Materials ist vorteilhaft, um ein gewebe¬ freundliches Produkt bereitstellen zu können, das vom Patienten gut ver¬ tragen wird. Bei dieser sogenannten Konditionierung werden vor allem Prozeßchemikalien entfernt. Dies kann vorteilhafterweise so vorgenom¬ men werden, daß die anfallenden Partikel mit Wasser, salzhaltigem Wasser und/oder Puffer chemikalienfrei und neutral gewaschen werden. Das anfallende feuchte Material kann im Trockensubstanzgehalt einge¬ stellt werden. Es kann feucht oder trocken zur Anwendung kommen.
Als Quelle für das xenogene Knochenmaterial kommen im Prinzip alle Tiere mit Skelettsystem in Frage. Besonders bevorzugt sind hierbei Rind, Pferd oder Schwein, also bovines, equines oder porcines Aus¬ gangsmaterial. Es können im Prinzip alle Arten von Knochen des Skelet¬ tes verwendet werden, insbesondere Röhrenknochen, vor allem die Kor- tikalis der Röhrenknochen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materi¬ als liegt das bioresorbierbare Material als Pulver für die Anwendung vor. Unter Pulver ist hierbei ein Material zu verstehen, bei welchem die Kno¬ chenmehlteilchen im wesentlichen einzeln nebeneinander vorliegen. Be¬ sonders bevorzugt sind Pulver mit einer Korngröße zwischen etwa 30 und etwa 3.000 μm, insbesondere zwischen etwa 100 und etwa 2.000
μm. Die Korngröße kann entweder durch geeignete Durchführung des Knochenmahlprozesses und/oder durch Sieben der resultierenden Par¬ tikel eingestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materials liegt das bioresorbierbare Material als Granulat für die Anwen¬ dung vor. Im Sinne der Erfindung besteht ein Granulat aus Granulatkör¬ nern. Ein solches Granulatkom entsteht, indem mehrere Knochenmehl¬ partikel zu einer übergeordneten Struktur zusammengelagert werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um kugelige Formen handeln. Ein Granulatkorn ist also im Prinzip ein kleiner Formkörper, der rund oder abgerundet sein kann. Granulate sind beispielsweise durch thermische und/oder Preßdruckbehandlung aus Knochenmehl, also aus einem Pul¬ ver, herstellbar. Unter Preßdruck ist hierbei ein Druck zu verstehen, der innerhalb einer Presse aufgebaut wird. Die Partikelgröße des Knochen¬ mehls bzw. des Pulvers oder des Granulats kann auf einen definierten Größenbereich eingestellt werden. Die Partikelgrößenverteilung kann hierbei für verschiedene Anwendungen unterschiedlich gewählt werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Materials liegt das Material als Formkörper vor. Unter Formkörpern sind Aggregate aus Knochenmehlpartikeln mit definierter Form, beispielsweise Blöcke, Quader, Scheiben oder Ähnliches, zu ver¬ stehen. Es lassen sich Formkörper beliebiger Formen erstellen. Die Formkörper können durch mechanische Bearbeitung vom Anwender an die auszufüllenden Defekte angepaßt werden („shapen"). Granulat und Formkörper unterscheiden sich im wesentlichen nur durch die Größe. Auch ein Formkörper kann durch thermische und/oder Preßdruckbe¬ handlung aus Pulver oder Granulat hergestellt werden.
Die Einsatzmöglichkeiten des bioresorbierbaren Materials als Pulver, als Granulat oder als Formkörper hängen im wesentlichen von der jeweili-
gen Anwendung, der Behandlungsmethode und der zu fordernden Sta¬ bilität ab. Für die Füllung von kleinen Knochendefekten eignen sich vor allem Pulver oder auch Granulat. Bei größeren Defekten kann es vor¬ teilhaft sein, einen Formkörper einzusetzen, der gegebenenfalls vom An¬ wender entsprechend angepaßt wird.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen bioresorbierbaren Mate¬ rials liegt in dessen Porosität. Durch die Ausprägung der Porosität wird die Angreifbarkeit durch körpereigene Faktoren, insbesondere durch Zellen, beeinflußt. Hierdurch wird also die Abbaubarkeit im Körper be¬ einflußt. Vorteilhafterweise liegt ein Großteil der Poren des Materials im Größenbereich über 100 μm. Diese Poren sind damit optimal zum Ein¬ wachsen von Zellen geeignet. Hierdurch wird die Integration des Füllma¬ terials im Körper sowie deren Abbau bzw. Resorption gefördert. Beson¬ ders vorteilhaft sind interkonnektierende, also im wesentlichen durchgängige, Poren. Die Poren in den Materialien werden im wesentli¬ chen durch die Korngrößenverteilung des Knochenmehls erzeugt. Sie unterscheiden sich in der Schüttung, also im Pulver oder im Granulat, und in solchen Formkörpern, die mit minimalem Preßdruck erzeugt sind, nur unwesentlich. Die Porosität des Granulats wird darüber hinaus auch durch die Behandlungsbedingungen zur Herstellung des Granulats, vor allem Temperatur und Zeit, mitbestimmt. In einer Schüttung aus Granu¬ lat entstehen neben den im Granulatkom selbst vorhandenen Poren auch Zwischenräume zwischen den einzelnen Granulatkörnern, welche sich durch die Form der Granulatpartikel variieren lassen. Die Porosität von Formkörpern wird zum einen durch die Korngröße des Ausgangs¬ materials und zum anderen durch den Preßdruck und die übrigen Her¬ stellungsbedingungen des Formkörpers, vor allem Temperatur und Zeit, bestimmt. Durch das Einstellen der verschiedenen Bedingungen, die auf die Porosität und insbesondere auf die Porengröße einen Einfluß aus¬ üben, kann die Porosität definiert und den jeweiligen Anwendungsbe-
dingungen angepaßt werden. Wie bereits erwähnt, sind Porengrößen in der Größe von etwa 100 μm und größer besonders vorteilhaft.
Die Stabilität vor allem der Granulate und Formkörper läßt sich ebenfalls durch die Herstellungsbedingungen beeinflussen. Wichtige Faktoren sind hierbei die Korngröße des Ausgangsmaterials, der Preßdruck ins¬ besondere bei der Herstellung von Formkörpern sowie die übrigen Her¬ stellungsbedingungen, vor allem Temperatur und Zeit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des bioresorbierbaren Materials ist das Material getrocknet bzw. liegt in trockener Form vor, insbesondere wenn es als Formkörper vorliegt. Bei Pulver und Granulat kann sowohl eine trockene als auch eine feuchte Lieferform bevorzugt sein. Mit besonderem Vorteil wird das letztendlich zur Anwendung ge¬ langende Material getrocknet bzw. liegt in trockener Form vor. Das Vor¬ liegen in trockener Form ist insbesondere im Hinblick auf Stabilität und Haltbarkeit vorteilhaft, da die Produktfeuchte im allgemeinen die Stabili¬ tät und Haltbarkeit unvorteilhaft beeinflußt. Während der Herstellung des Materials, z. B. beim Pressen eines Formkörpers, liegt das Material vor¬ zugsweise als feuchte Masse vor. Hierdurch wird eine Agglomeration und somit eine im wesentlichen stabile Zwischenform erzielt, die durch weitere Behandlung weiter stabilisiert werden kann.
Eine Trocknung kann beispielsweise durch Lyophilisation und/oder durch Lufttrocknung erfolgen. Die Trocknung kann durch Temperatur¬ anwendung und/oder Vakuum unterstützt werden. Die Trocknung kann in weiten Temperaturbereichen erfolgen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß Trocknungsart und -bedingungen die Eigenschaften des bioresor¬ bierbaren Materials beeinflussen können. Sollen beispielsweise beson¬ ders osteoinduktive Materialien erzeugt werden, so sollte in schonender Weise getrocknet werden. Hierfür wird beispielsweise ein demineralisier- tes und entfettetes Knochenmaterial bei niedrigen Temperaturen unter
Vakuum hergestellt. Durch entsprechendes Ausbreiten von Partikeln vor und/ oder leichte mechanische Kräfte nach der Trocknung läßt sich ein rieselfähiges Pulver erzeugen. Mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einem Granulierteller, mit anschließender Trocknung läßt sich ein Granulat mit verschiedenen Korngrößen bereitstellen. Durch Verpressen vor der Trocknung lassen sich beliebige Formkörper herstel¬ len.
In dem Fall der Trocknung des bioresorbierbaren Materials ist es oftmals vorteilhaft, geeignete Rekonstitutionsmittel einzusetzen, damit sich eine Rückbefeuchtung des Materials nicht nachteilig auf die Eigenschaften des Materials auswirkt.
Die Eigenschaften eines lyophilisierten Materials unterscheiden sich oftmals von den Eigenschaften eines temperaturbehandelten Materials. Beispielsweise weist ein Formkörper, der aus lyophilisiertem Material erzeugt ist, eine verhältnismäßig geringe Stabilität auf, so daß der Zu¬ satz von Bindemitteln für die Herstellung des Formkörpers vorteilhaft sein kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Material sterilisiert bzw. liegt in sterilisierter Form vor. Für eine Sterilisie¬ rung kommen verschiedene übliche Verfahren in Frage. Beispielsweise kann das bioresorbierbare Material bestrahlt, insbesondere mit radioak¬ tiven Strahlen, und/oder begast werden, beispielsweise mit Ethylenoxid. Da das bioresorbierbare Material mit Zusatzstoffen, Wirkstoffen und/oder Extrakten versehen ist und auch das Material selbst osteoin- duktive Eigenschaften aufweist, ist im allgemeinen zu berücksichtigen, daß die Sterilisation die Wirksamkeit der eingesetzten Substanzen be¬ einflussen kann.
Ganz besonders bevorzugt ist eine aseptische Herstellung des bioresor- bierbaren Materials. Hierdurch können die Probleme einer Sterilisation umgangen werden, welche sich beispielsweise nachteilig auf die Effekti¬ vität der Zusatzstoffe, Wirkstoffe oder Extrakte oder auch auf die oste- oinduktiven Eigenschaften des Material selbst auswirken können. Insbe¬ sondere ist eine aseptische Herstellung bzw. Verarbeitung des demine- ralisierten Knochenmaterials und/oder eine Verwendung von sterilfiltrier¬ ten Lösungen, beispielsweise sterilfiltrierte Antibiotikalösungen, bevor¬ zugt. Zum Beispiel kann ein Formkörper aseptisch hergestellt werden und nach dem Pressen/Trocknen mit einer sterilfiltrierten Gentamycinlö- sung versetzt werden, bevor er nochmals getrocknet wird, zum Beispiel durch Vakuumtrocknen oder Lyophilisation.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das bioresorbierbare Material in ver¬ packter Form vorliegt. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Material steril verpackt ist. Innerhalb einer solchen Verpackung kann das Material verschickt und/oder gelagert werden. Während der Anwendung kann das Material in einfacher Weise der Verpackung entnommen und einge¬ setzt werden. Um eine Sterilität zu erreichen, kann es beispielsweise vorgesehen sein, daß der Körper vor dem Verpacken oder auch inner¬ halb der Verpackung sterilisiert wird, beispielsweise durch Bestrahlen. Als Verpackungsmaterial eignen sich verschiedene Materialien, bei¬ spielsweise Plastikumhüllungen oder Ähnliches. Als Verpackung eignen sich u. a. auch spezielle Spritzen, bei denen der Kolben nicht oder nur in einer geringfügigen Verjüngung endet. In derartige Spritzen kann bei¬ spielsweise das feuchte bioresorbierbare Material, welches auf einen definierten Trockensubstanzgehalt eingestellt sein kann, abgefüllt wer¬ den und so für den Anwender in praktischer Weise bereitgestellt werden. Zur Einstellung des feuchten Materials auf eine optimale Anwendungs¬ konsistenz können Zusatzstoffe und/oder Wirkstoffe vor der eigentlichen Abfüllung in die Spritzen zugesetzt werden.
Schließlich umfaßt die Erfindung einen Kit zur Bereitstellung eines bio- resorbierbaren Materials zur Füllung von Knochendefekten gemäß der obigen Beschreibung. Dieser Kit umfaßt zumindest ein demineralisiertes xenogenes Knochenmaterial und vorzugsweise mindestens einen Zu¬ satzstoff, Wirkstoff und/oder einen Extrakt. Mit Hilfe eines solchen Kits hat der Anwender die Möglichkeit, das demineralisierte xenogene Kno¬ chenmaterial, welches zur Füllung von Knochendefekten eingesetzt wird, mit einer oder mehreren wirksamen Substanzen zu versehen, die an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt sein können. Es können daher verschiedene Substanzen als Zusatzstoffe, Wirkstoffe und/oder Extrakte im Kit zur Verfügung gestellt werden, so daß der Anwender die jeweils geeignete Substanz oder Substanzen auswählen kann. Weiter¬ hin kann durch die getrennte Zurverfügungstellung von demineralisier- tem xenogenen Knochenmaterial und den weiteren Substanzen eine erhöhte Lagerstabilität ermöglicht werden. Bezüglich weiterer Merkmale des erfindungsgemäßen Kits bzw. des demineralisierten xenogenen Knochenmaterials und der Zusatzstoffe, Wirkstoffe und/oder Extrakte wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Neben den bereits be¬ schriebenen Komponenten können in dem Kit beispielsweise auch Kom¬ ponenten enthalten sein, die für eine Rückbefeuchtung bzw. Rekonstitu- tion des in diesem Fall in trockener Form vorliegenden Materials geeig¬ net sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um steriles Wasser, physiologische Kochsalzlösung oder geeignete Puffer. Weiterhin können in einem derartigen Kit auch andere Hilfsmittel, beispielsweise Werk¬ zeuge, enthalten sein, die im Zuge der Anwendung am Patienten einge¬ setzt werden können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen in Kombination mit den Unteransprüchen. Hierbei können die verschiedenen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Beispiele
1. Herstellung eines Pulvers
Feuchte demineralisierte, entfettete und konditionierte Knochenmatrix mit einer Partikelgröße von < 2.000 μm wird großflächig in einer Schale ausgebreitet und unter aseptischen Bedingungen im Vakuum bei Tem¬ peraturen bis 60 0C, vorzugsweise bis 45 0C, für 4 bis 60 Stunden ge¬ trocknet. Anschließend werden zusammenhaftende Partikel mechanisch zerstört. Das Pulver kann auf einem Sieb in verschiedene Korngrößen fraktioniert werden. Das Pulver wird aseptisch abgefüllt oder unter spe¬ ziellen Bedingungen, die die osteoinduktiven Eigenschaften weitgehend erhalten, bestrahlt.
2. Herstellung eines Formkörpers
Zur Herstellung eines Formkörpers mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einer Höhe von 0,5 mm wird etwa 1 ,3 g (bezogen auf die Trocken¬ substanz) einer entmineralisierten, entfetteten und konditionierten Kno¬ chenmatrix mit einer Partikelgröße unterhalb von 2.000 μm verwendet. Die feuchte Matrix wird in eine Presse, welche aus einem Rohr mit ei¬ nem Durchmesser von 0,8 cm und einem Kolben besteht, gegeben. Durch Zusammendrücken wird ein feuchter Formkörper von etwa 0,5 cm Höhe erzeugt. Es folgt eine Trocknung unter aseptischen Bedingungen im Vakuum bei Temperaturen bis 60 0C, vorzugsweise bis 45 0C, für 4 bis 60 Stunden. Hierdurch wird ein trockener, poröser, mechanisch stabiler Formkörper mit den Maßen 0,5 mm (Höhe) x 0,8 mm (Durchmesser) gewonnen. Nach dem Abpacken in eine geeignete Verpackung wird gegebenenfalls nach Sterilisation mit geeigneten Ver¬ fahren, insbesondere mit Bestrahlung, ein steriles Produkt erhalten.