PL202374B1 - Ziarna do zapewnienia wrastania i wzrostu tkanki kostnej i/lub tkanki łącznej, sposób wytwarzania ziaren oraz zastosowanie ziaren - Google Patents

Abstract

Przedmiotem niniejszego wynalazku s a ziarna do zapewnienia wrastania i wzrostu tkan- ki kostnej i/lub tkanki lacznej. Ziarna sk ladaj a sie z plastyku lub w zasadzie nieelastycznej substancji zgodnej biologicznie, korzystnie, z metalu lub stopu metalu. Ziarna s a równie z porowate i maj a nast epuj ac a charakterystyk e porowato sci: (a) porowatosc jest ci ag la (b) otwory jam/naci ec/zaglebie n i wzajemnie je lacz acych przewodów/kana lów maj a szeroko sc 50 µm dla tkanki kostnej i 10 µm dla tkanki lacznej. Ziarna wytwarza si e poprzez przedmu- chanie gazu przez stopiony metal. Ziarna we- d lug wynalazku stosuje si e do umieszczania w obudowach do wytwarzania wszczepów, na przyk lad wszczepów rdzeniowych. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy ziaren do zapewnienia wrastania i wzrostu tkanki kostnej i/lub tkanki łącznej, sposobu wytwarzania ziaren i zastosowania ziaren. W patencie SE-B-462,638 opisano sposoby mocowania wydłużonej protezy, takiej jak trzon protezy kości udowej, do żywej tkanki, ze zdefiniowaniem jamy, w której umieszcza się protezę na długość z przerwą do granicy jamy. W zasadzie całość przerwy wypełnia się luźnymi, lecz upakowanymi ziarnami substancji zgodnej biologicznie, przy czym ziarna te wzajemnie utrzymują się na miejscu. Jako przykład substancji ziarnistej wymienia się tytan, a ziarna określa się jako nieregularne, w zasadzie nieelastyczne, korzystnie, porowate, przy czym twierdzi się, że ta ostatnia właściwość zapewnia wiązanie nowych części tkanki kostnej, wyrastających ze ściany kostnej. Porowatość uzyskuje się poprzez przedmuchiwanie gazu przez stopioną substancję ziarnistą.

W patencie US-A-5,217,496 opisano wszczep do zastosowania w żywej tkance kostnej, zawierający podporę z tytanu o porowatej powierzchni zewnętrznej i dołączoną warstwę mieszaniny, utworzonej ze zdezintegrowanej mieszaniny żywej tkanki kostnej i proszku tytanowego. Do mieszaniny dodaje się środek odżywczy, powodujący wzrost zdezintegrowanej tkanki kostnej i tworzący tkankę, wiążącą zdezintegrowaną tkankę kostną i proszek tytanowy wzajemnie ze sobą i z podporą.

W patencie US-A-5676700 opisano elementy struktury zgodnej biologicznie do naprawy, wzmacniania i zastępowania tkanki kostnej, przy czym wskazano, że elementy te tworzą macierz przenikalną dla tkanki kostnej, czyli indukującą tkankę kostną, w jamie tkanki kostnej. Elementy te można wytwarzać z tytanu; są one, korzystnie, mikroporowate dla umożliwienia wrastania naturalnej tkanki kostnej.

Wynalazek dotyczy ziaren do zapewnienia wrastania i wzrostu tkanki kostnej i/lub tkanki łącznej, wykonane z plastycznej lub nieelastycznej zgodnej biologicznie substancji metalu lub stopu metalu, charakteryzujących się tym, że są porowate i mają następującą charakterystykę porowatości:

- porowatość jest cią g ł a

- otwory jam/nacięć/zagłębień i wzajemnie je łączących przewodów/kanałów mają szerokość > 50 mm dla tkanki kostnej.

W korzystnym wykonaniu wynalazku w ziarnach jego jamy wypełnione są substancją ulegającą rozpadowi, na przykład macierzą substancji naturalnej, taką jak żel kolagenowy, fibryna, skrobia, kwas hialuronowy. W jeszcze bardziej korzystnym rozwiązaniu, w ziarnach według wynalazku wspomniana substancja ulegająca rozpadowi zawiera substancje pobudzające wzrost.

Korzystnie ziarna mają rozmiar < 10 mm i mogą być korzystnie wykonane z tytanu (dwutlenku tytanu).

Także korzystnie każde ziarno stanowi pojedynczą jednostkę w masie agregatu podobnych ziaren.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania ziaren jak zdefiniowano powyżej, w którym wytwarza się ziarna skł adają ce się z substancji metalu lub stopu metalu przez przedmuchiwanie gazu przez stopiony metal lub stop metalu, polegający na tym, że weryfikuje się i oddziela ziarna o otworach jam/nacięć/zagłębień i łączących je przewodach/kanałach o szerokości > 50 mm.

W korzystnym wykonaniu sposobu według wynalazku, weryfikację prowadzi się za pomocą fluoroskopii i odbiornika TV.

Przedmiotem wynalazku jest też zastosowanie ziaren jak zdefiniowano powyżej w obudowach zaopatrzonych w otwory/pory, do wytwarzania wszczepów.

W korzystnym wykonaniu zastosowania według wynalazku obudowa jest sztywnym, walcowatym rękawem do wytwarzania wszczepów rdzeniowych.

We wszystkich powyższych dokumentach jako materiał zgodny biologicznie wymienia się oprócz tytanu, m.in. hydroksyloapatyt, bioceramikę i szkło biologiczne.

W powyższych dokumentach wskazano zatem, że porowatość substancji zgodnych biologicznie jest korzystna dla wiązania tkanki kostnej.

Według niniejszego wynalazku nieoczekiwanie stwierdzono, że z góry określona wartość porowatości substancji zgodnej biologicznie jest w istocie czynnikiem decydującym w odniesieniu do tempa wzrostu tkanki kostnej. Stwierdzono, że o ile porowatość powierzchni niewątpliwie umożliwia wiązanie tkanki kostnej, to uzyskanie znamiennie zwiększonego tempa wzrostu tkanki kostnej i większej ilość tkanki kostnej, a zatem i znamiennie lepszego zakotwiczenia i wytrzymałości tkanki kostnej na substancji zgodnej biologicznie, możliwe jest w niniejszym wynalazku jeżeli

- ziarna substancji zgodnej biologicznie są porowate w sposób ciągły

- porowatość ziaren wykazuje minimalną wartość graniczną .

PL 202 374 B1

Dodatkową korzystną cechą wynalazku jest to, że wytrzymałość porowatej granulki z wrośniętą tkanką kostną jest większa, niż w przypadku, gdy nie umożliwia się wzrastania tkanki kostnej. Z powodu wrastania tkanki kostnej siła będzie przenoszona głównie przez tkankę kostną, co jest korzystne z biomechanicznego punktu widzenia.

Poprzez „porowaty w sposób ciągły” rozumie się porowatość umożliwiającą wrastanie tkanki kostnej przez porowate ziarna, taką jak ziarna substancji zgodnej biologicznie. Według niniejszego wynalazku porowatość taka powoduje powstanie w ziarnach jam, wzajemnie ze sobą połączonych przewodami, kanałami, tak że wzrost tkanki kostnej na części powierzchni zewnętrznej ziaren umożliwia kontynuację wzrostu przez masę i na zewnątrz niej przez inne części powierzchni zewnętrznej ziaren. Przez „jamę” rozumie się nacięcia, dołki, zagłębienia o dowolnym kształcie; również przewody, kanały, łączące wzajemnie te jamy mogą mieć dowolny kształt i stanowić część jam. Przykłady takiej struktury można odnaleźć w naturze w koralach lub grotach ze stalaktytami i stalagmitami.

Przez minimalną wartość graniczną rozumie się w niniejszym opisie nacięcie, dołek, zagłębienie i przewód o szerokoś ci > 50 μ m. Mniejsze rozmiary otworu ograniczają lub hamują wzrost tkanki kostnej, prawdopodobnie ze względu na zahamowanie dopływu substancji odżywczych, przez co uniemożliwia się tkance kostnej rozwinięcie jej prawidłowej struktury z zawartymi w niej elementami. Nie ma w istocie górnej granicy porowatości ziaren. Górna granica określona jest raczej przez właściwości wytrzymałościowe ziaren.

Według niniejszego wynalazku, jamy mogą być utworzone z porów powierzchni ziaren, umiejscowionych jeden obok drugiego, i zawierać otwarte pory w powierzchni, tak aby pory w powierzchni jednego ziarna tworzyły jamę lub przewód/kanał z porami w powierzchni drugiego ziarna.

Według niniejszego wynalazku stwierdzono również, że krucha substancja zgodna biologicznie, taka jak hydroksyapatyt, nie jest optymalna dla celów niniejszego wynalazku, przy stosowaniu tej substancji do naprawy, wzmocnienia i zastąpienia naturalnej kości. Taka substancja łatwo ulega rozpadowi po poddaniu jej obciążeniu, do czego w sposób nieunikniony dochodzi np. wtedy, gdy organizm człowieka lub część organizmu człowieka, w którym znajdują się ziarna zgodne biologicznie, poddaje się obciążeniu w czasie np. ruchu kończyn. Rozłożone części ziaren z substancji biologicznej powodują powstanie niekorzystnej reakcji zapalnej, hamującej tworzenie się tkanki kostnej i często powodującej resorpcję kości.

Według niniejszego wynalazku dobiera się zatem metal lub niekruche materiały złożone, do których można włączać, jako składniki masy porowatej, substancje naturalne, takie jak hydroksyloapatyt, bioceramikę itd., i inny składnik, taki jak plastyk, zapewniający plastyczność. Substancja, z której wytwarza się ziarna, powinna w istocie być plastyczna lub w zasadzie nieelastyczna. Nadmierna elastyczność powoduje ucisk tkanki kostnej, i w następstwie tego jej zniszczenie.

Jako metal dobiera się, korzystnie, tytan (dwutlenek tytanu). Porowatość tytanowych ziaren osiąga się, korzystnie, poprzez przedmuchiwanie gazu przez stopiony tytan. Umożliwia to wytwarzanie ziaren tytanu, jak to opisano w SE-B-462638.

Wymagania co do porowatości, jak to opisano powyżej, nie są jednak automatycznie spełniane poprzez przedmuchanie gazu przez stopiony metal. Według niniejszego wynalazku dokonuje się zatem weryfikacji porowatości otrzymanej w ten sposób ziarna/ziaren dla zapewnienia, że spełniają one wymagania. Sprawdzenia tego dokonać można na przykład przez fluoroskopię przy odpowiedniej długości fali i odbiornik TV i automatyczne rozdzielenie (na przykład z taśmy przenośnika) ziaren nie spełniających wyżej określonych wymagań.

Górna wartość graniczna > 50 μm odnosi się do tkanki kostnej. Jeżeli korzystne jest wrastanie tkanki łącznej zamiast - czyli kosztem tkanki kostnej, wartość graniczna wynosi wtedy > 50-10 μm.

Porowate ziarna, według niniejszego wynalazku, można wszczepiać do żywego organizmu, takiego jak organizm człowieka, celem wypełnienia jamy w kości, aby zastąpić, po wzroście tkanki kostnej in vivo, utraconą kończynę dolną (reumatyzm, osteoporoza) lub celem przytwierdzenia protezy, według SE-B-462,638. Porowate ziarna według niniejszego wynalazku mogą również służyć jako podłoże do wstępnej hodowli tkanki kostnej in vitro lub mogą być wypełnione roztworem substancji odżywczych, zawierających między innymi czynniki wzrostu in vitro do późniejszego wszczepienia do żywej tkanki. W przypadku wypełniania tkanki kostnej, korzystne jest, aby ziarna były ziarniste i nieregularne oraz aby miały wielkość < 10 mm, tak aby wiele ziaren optymalnie wypełniło jamę kostną.

Porowate ziarna mogą być wypełnione substancją ulegającą rozpadowi, na przykład tzw. macierzą, z naturalnej substancji. Do przykładów takich naturalnych macierzy należą żele kolagenowe, fibryna, skrobia i kwas hialuronowy. Według niniejszego wynalazku macierz ta ulega rozpadowi i jest zastępowana wrastającą tkanką kostną. Wrastanie tkanki kostnej można bardziej stymulować, jeżeli

PL 202 374 B1 do substancji ulegającej rozpadowi doda się substancje pobudzające wzrost, zwłaszcza czynniki wzrostu, takie jak TGF beta (transformujący czynnik wzrostu beta) lub BGF (czynnik wzrostu kości). Pory w masie według niniejszego wynalazku można przesuwać substancją żelową, na przykład poprzez zasysanie, zanim substancja przekształci się w żel.

Ziarna według wynalazku mogą być zawarte w elastycznej lub sztywnej obudowie do wytwarzania wszczepu. Ziarna według niniejszego wynalazku można na przykład umieszczać w sztywnym rękawie, tak aby utworzyły wraz z rękawem wszczep rdzeniowy, por. na przykład rękaw w US-A-5015247. Inne możliwości umieszczenia ziaren w obudowie opisano w SE 9803078-6. Obudowa ma otwory do umożliwienia wrastania i wzrostu biologicznego materiału komórkowego do ziaren i z ziaren, przez obudowę. Ziarna według niniejszego wynalazku można mieszać z uległą rozpadowi tkanką biologiczną.

Wykonania wynalazku zilustrowano w załączonych rysunkach, które są obrazami z mikroskopii elektronowej; Fig. 1 ukazuje strukturę porowatą według niniejszego wynalazku, a Fig. 2 ukazuje inną strukturę porowatą według niniejszego wynalazku zewnętrznej powierzchni ziarna tytanowego. Fig. 3 stanowi obraz cienkiego przekroju ziarna tytanowego o porowatości według niniejszego wynalazku. Wszystkie obrazy są obrazami nieregularnego ziarna lub granulki, usuniętej z kości udowej człowieka po wszczepieniu, z zastosowaniem techniki wibracji, opisanej bardziej szczegółowo w SE-B-462,638.

Figura 1 ukazuje strukturę w postaci zwału kamieni, a Fig. 2 ukazuje strukturę korala. Struktury wytworzono poprzez przedmuchanie gazu przez stopiony tytan i zastosowanie wyżej opisanej kontroli jakości. Oba obrazy ukazują białawoszarą warstwę substancji żywej - stadium wstępne tkanki kostnej pokrywającą zewnętrzną powierzchnię ziarna, która przeniknęła do jam i szpar w porach ziarna tytanowego. Fig. 1 ukazuje również wzrost komórki kostnej, łączącej jamy/szpary w strukturze.

Figura 3 ilustruje tkankę kostną w przekroju, przenikającą przez ziarno według niniejszego wynalazku.

Analizy kliniczne dowiodły, że tkanka kostna w ziarnach według Fig. 1-3 ma skład: 95-98% kości, 2% szpiku kostnego i 0-3% tkanki łącznej, co w zasadzie odpowiada składowi tkanki kostnej poza ziarnami, w ich pobliżu.

Claims (10)

1. Ziarna do zapewnienia wrastania i wzrostu tkanki kostnej i/lub tkanki łącznej, wykonane z plastycznej lub nieelastycznej zgodnej biologicznie substancji metalu lub stopu metalu, znamienne tym, że są porowate i mają następującą charakterystykę porowatości:

- porowatość jest cią g ł a

- otwory jam/nacięć/zagłębień i wzajemnie je łączących przewodów/kanałów mają szerokość > 50 μm dla tkanki kostnej.

2. Ziarna według zastrz. 1, znamienne tym, że jego jamy wypełnione są substancją ulegającą rozpadowi, na przykład macierzą substancji naturalnej, taką jak żel kolagenowy, fibryna, skrobia, kwas hialuronowy.

3. Ziarna według zastrz. 2, znamienne tym, że substancja ulegająca rozpadowi zawiera substancje pobudzające wzrost.

4. Ziarna według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienne tym, że mają rozmiar < 10 mm.

5. Ziarna według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że są wykonane z tytanu (dwutlenku tytanu).

6. Ziarna według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienne tym, że każde ziarno stanowi pojedynczą jednostkę w masie agregatu podobnych ziaren.

7. Sposób wytwarzania ziaren jak zdefiniowano w zastrz. 1 do 6, znamienny tym, że wytwarza się ziarna składające się z substancji metalu lub stopu metalu przez przedmuchiwanie gazu przez stopiony metal lub stop metalu, znamienny tym, że weryfikuje się i oddziela ziarna o otworach jam/nacięć/zagłębień i łączących je przewodach/kanałach o szerokości > 50 μm.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że weryfikację prowadzi się za pomocą fluoroskopii i odbiornika TV.

9. Zastosowanie ziaren jak zdefiniowano w zastrz. 1, w obudowach zaopatrzonych w otwory/pory, do wytwarzania wszczepów.

10. Zastosowanie według zastrz. 9, znamienne tym, że obudowa jest sztywnym, walcowatym rękawem do wytwarzania wszczepów rdzeniowych.