DE60117175T2

DE60117175T2 - Vorrichtungen zur veränderung von grösse/form durch osmotischen druck

Info

Publication number: DE60117175T2
Application number: DE60117175T
Authority: DE
Inventors: S. Robert Lafayette WARD; K. Sallie San Francisco COVIELLO
Original assignee: Polymer Technology Group Inc
Current assignee: DSM Biomedical Inc
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2021-11-10
Also published as: US20040140264A1; DE60117175D1; US6692528B2; WO2002038197A2; EP1335758A2; WO2002038197A3; ES2258565T3; US7368056B2; AU2002226887A1; EP1335758B1; US20020082699A1; ATE317271T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Gegenstand der Erfindung sind aus dichten Polymermembranen und -folien gebildete Gegenstände, welche Gegenstände sich unter den Einwirkungen des osmotischen Drucks spontan aufblasen/expandieren (oder entleeren/kontrahieren). Durch Variation des Ausgangsvolumens, des Molekulargewichts, der Löslichkeit, Konzentration und Temperatur von in geformten Gegenständen enthaltenen Lösungen, können das Volumen der geformten Gegenstände und der Druck in den geformten Gegenständen präzise kontrolliert werden. Diese Erfindung ist deshalb für viele medizinische und industrielle Applikationen und für Verbraucherapplikationen nützlich.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
US 4,157,085 offenbart eine chirurgisch implantierbare Vorrichtung zum Expandieren von Haut- und Schleimhautgewebe. Die Vorrichtung umfasst eine teilweise kollabierte abgedichtete Umhüllung, die aus einem Material, das für extrazelluläre Körperflüssigkeiten durchlässig ist, und einem Material, welches ein osmotisches Potenzial über die Wand der Umhüllung etabliert, gebildet ist. Wenn Körperflüssigkeit zum Füllen der Umhüllung die Membran überquert, expandiert die Umhüllung, wodurch das angrenzende Gewebe expandiert wird. Das Umhüllungsmaterial, das im Bereich von 2,54·10^–5 bis 5,08·10^–4 m (0,001 bis 0,020 Inch) dick ist, kann aus solchen Polymeren wie Celluloseacetat, vernetztem Polyvinylalkohol, Polyurethan, Nylon, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Polyolefin, Polyvinylchlorid und Silikongummi geformt werden. Das zur Etablierung des osmotischen Potenzials verwendete Material kann zum Beispiel Natriumchlorid, Calciumchlorid, Kaliumsulfat, Natriumacetat, Ammoniumphosphat, Magnesiumsuccinat, Glucose, Alanin, Vinylpyrrolidon, Carboxymethylcellulose, Harnstoff, „Blutnebenprodukte", Proteine und/oder Dextran darstellen. Die Menge des verwendeten Expansionsmaterials wird abhängig von der gewünschten Expansionsgeschwindigkeit der Umhüllung und dem gewünschten Endvolumen davon ausgewählt werden.
US 5,005,591 weist darauf in, dass die in U.S. 4,157,085 beschriebene Vorrichtung mit Problemen behaftet ist. Ein Problem besteht in der Verwendung von Silikon als Umhüllungsmaterial. In Dicken, die für die Produktsicherheit angemessen sind, ist das Silikon für extrazelluläres Wasser relativ undurchlässig. Um für die erforderliche Silikondicke zu kompensieren und um ein zeitgerechtes Aufblasen des Gewebes zuzulassen, muss das Implantat eine übermäßig hohe Menge an gelösten Stoffen enthalten. Ein anderes damit verwandtes Problem besteht darin, dass das Rupturieren der implantierten Umhüllung zur Dispersion von einem hoch konzentrierten gelösten Stoff in die umgebenden Gewebe führt.
EP 0 784 987 offenbart eine aufblasbare Prothese, die eine dehydratisierte Substanz enthält, die – wenn sie mit einer wässrigen Lösung gemischt wird – ein Gel bildet. Die dehydratisierte Substanz stellt ein Polyacrylamid, Polyvinylpyrrolidon, Hydroxypropylmethylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyethylenglykol, Polymilchsäure, Polyglykolsäure, Hydrogel-Polyurethan, Chondroitinsulfat, Hyaluronsäure, Alginat usw. dar. Die dehydratisierte Substanz wird in eine Außenschale platziert, die aus einem Polydimethylsiloxan, einem Polyurethan, einem Polyurethan/Polyester-Copolymer oder einem anderen ähnlichen viskoelastischen Material konstruiert ist. Wie in 3 der Veröffentlichung gezeigt wird, wird nachdem die Prothese in den Körper implantiert ist, dem Innenhohlraum davon eine wässrige Lösung mithilfe einer Spritze zugefügt. Das Zufügen der wässrigen Lösung verbindet sich mit der dehydratisierten Substanz im Hohlraum zur Bildung eines Gels im Implantat.
US 5,756,632 beansprucht einen Gegenstand, umfassend ein hydrophiles Gel mit einem Wassergehalt von mindestens ca. 35%, weitgehend eingeschlossen in einer Membran, umfassend ein biokompatibles, hydrophiles, segmentiertes Polyurethan-Blockcopolymer. Das Blockcopolymer umfasst ca. 5 bis 45 Gew.-% von mindestens einem harten Segment und ca. 95 bis 55 Gew.-% von mindestens einem weichen Segment. Das weiche Segment des Blockcopolymers umfasst mindestens ein hydrophiles, hydrophobes, oder amphipathisches Oligomer, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus aliphatischen Polyolen, aliphatischen Polyaminen, aromatischen Polyaminen und Gemischen davon. Dieses Patent beansprucht auch ein Verfahren zum Durchdringen von Molekülen – wie zum Beispiel Glucose, Angiotensin I, Glucagon, Insulin, Aprotinin, Albumin, IgG und Sauerstoff – während die Passage von Zellen und partikulären Stoffen zwischen zwei Flüssigkeiten unter Verwendung eines biokompatiblen, hydrophilen, segmentierten Polyurethan-Blockcopolymers weitgehend verhindert wird.
US 6,264,695 offenbart ein Bandscheibennukleus-Implantat zum Ersatz eines Anteils von aus einer Bandscheibe entferntem Gewebe des Nucleus pulposus. Das Implantat stellt einen anisotropisch quellbaren, biomimetischen Xerogel-Kunststoff mit einer negativ geladenen schlüpfrigen Oberfläche und mit einer Zweiphasen-Struktur mit einer hydrophoben Phase mit hoher Kristallinität und einem geringen Wassergehalt und einer hydrophilen Phase mit geringer Kristallinität und hohem Wassergehalt dar. Der Xerogel-Kunststoff ist zur Rehydratation und von osmotischer Bewegung der Flüssigkeit dort hindurch als Reaktion auf die osmotische Druckänderung fähig, um dadurch den Flüssigkeitsgehalt in seinem hydratisierten Zustand zu steigern oder zu senken. Beispiel 1 des Patentes formpresst ein Blockcopolymer aus Acrylonitril/Acrylsäure in die Form eines Nucleus pulposus und gibt zu erkennen, wenn der formgepresste Gegenstand in die Wirbelsäule implantiert wird, dass er teilweise von Körperflüssigkeiten hydratisiert wird, wobei er in die Form und Spannung quillt, die für eine langfristige Funktion erforderlich ist. Es werden erfindungsgemäß auch chirurgische Implantationsverfahren offenbart, die sich den offenbarten Bandscheibennukleus zu Nutze machen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Vorrichtungen, die in Tierkörper implantierbar sind. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen schließen einen gelösten Stoff ein, der von einer wasserdurchlässigen Polymermembran eingekapselt ist. Das Membranpolymer ist biokompatibel, fest und flexibel, abriebbeständig, biostabil und für Wasser hoch durchlässig, während es eine wirksame Barriere für den gelösten Stoff bereitstellt. Die Membran sollte auch steril und mittels thermoplastischer Verfahren oder Lösungsverfahren, die für die Anfertigung von Vorrichtungen geeignet sind, verarbeitbar sein. Der gelöste Stoff sollte im Innenhohlraum der Vorrichtung wasserlöslich, nicht toxisch und biostabil sein.
Eine erfindungsgemäße spezifische Applikation stellt einen selbstaufblasenden/Shape-Memory-prothetischen Nukleus für die perkutane Insertion im Rahmen einer minimal invasiven Behandlung der humanen Bandscheibendegeneration dar.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines wasserdurchlässigen Polymers (bevorzugt biostabil) in der Form einer dichten Membran mit mittelgradiger bis geringer Wasserabsorption (weniger als 50 Gew.-%, bevorzugt weniger als 15 Gew.-% des kombinierten Gewichts des Polymers und des absorbierten Wassers), enthaltend einen dispergierten polymeren oder monomeren gelösten Stoff zur Anfertigung einer Vorrichtung oder eines geformten Gegenstands. Gegenstand der Erfindung ist die Bereitstellung einer dichten, osmotischen Membran von hoher Festigkeit, enthaltend einen gelösten Stoff von niedrigem Molekulargewicht zur Herbeiführung eines hohen osmotischen Drucks.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zusammengefasst die Bereitstellung einer in einen Tierkörper (einschließlich in den menschlichen Körper) implantierbaren Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst einen Wasser absorbierenden gelösten Stoff, der von einer nicht porösen, wasserdurchlässigen Polymermembran eingekapselt ist. Die Membran weist eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (MVTR) gemäß dem ASTM-Verfahren E96BW von größer als 100 g/m²/Tag bei einer Dicke von 0,0254 mm (1 mil), einer Trockenzugfestigkeit von größer als 3447,35 kPa (500 psi) und einer Durchlässigkeit für den genannten gelösten Stoff von weniger als 10^–3 cm²/sec auf. In bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann das MVTR-Minimum > 1000, > 2000, > 5000 oder > 10,000 g/m²/Tag bei 0,0254 mm (1 mil) Dicke betragen, die Zugfestigkeit kann > 6895 (> 1000), > 13789,40 (> 2000) oder > 34475 (> 5000) kPa (psi) betragen und die Durchlässigkeit kann < 10^–4, < 10^–5 oder < 10^–6 cm²/sec betragen. Der gelöste Stoff ist zur Bereitstellung der genannten Vorrichtung mit einem Druck von ca. 0,6895 kPa (0,1 psi) oder mehr für eine Zeitdauer von mindestens 24 Stunden fähig. In bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann der osmotische Druck, der aufrechterhalten werden kann, > 6,895 (> 1), > 68,95 (> 10) oder > 689,5 (> 100) kPa (psi) betragen und der osmotische Druck kann bei diesen Werten für eine Zeitdauer von > 1 Woche, > 6 Wochen oder > 1 Jahr aufrechterhalten werden.
Jeder dieser Parameter kann erfindungsgemäß unabhängig variiert werden. In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Membran eine Wasserdampfübertragungsrate gemäß dem ASTM-Verfahren E96BW von größer als 2000 g/m²/Tag bei einer Dicke von 0,0254 mm (1 mil), einer Trockenzugfestigkeit von größer als 13788 kPa (2000 psi) und einer Durchlässigkeit für den genannten gelösten Stoff von weniger als 10^–4 cm²/sec auf, und der gelöste Stoff ist zur Bereitstellung der Vorrichtung mit einem Druck von ca. 68947 kPa (100 psi) oder mehr für eine Zeitdauer von mindestens sechs Wochen in der Lage.
In den erfindungsgemäßen Vorrichtungen stellt das Membranpolymer ein Blockcopolymer mit einem harten Segment aus Polyurethan und/oder Polyharnstoff und einem weichen Segment dar, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Polyalkylenoxiden, Polyalkylencarbonaten, Polysiloxanen und linearen oder verzweigten Kohlenwasserstoffen besteht. Das weiche Segment stellt am bevorzugtesten ein weiches Segment aus Polyalkylenoxid dar. Erfindungsgemäß hergestellte Vorrichtungen setzen im Allgemeinen Membranen mit Dicken im Bereich von 0,0254 bis 0,4064 mm (1 bis 16 mil) ein.
Für einige Applikationen, kann die zur Herstellung der Vorrichtungen verwendete Membran dispergiert darin oder kovalent gebunden daran ein wasserlösliches Additiv, wie zum Beispiel Natriumchlorid, Glycerin oder Polyethylenoxide, aufweisen. Dies lässt zu, dass die Durchlässigkeit der Vorrichtungen im Lauf der Zeit abnimmt.
In diesen erfindungsgemäßen Vorrichtungen stellt der gelöste Stoff am bevorzugtesten ein Polyacrylamid mit einem nominellen Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 1200–3000 Dalton dar. Der gelöste Stoff liegt in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen in der Regel in Mengen von 0,1–50 g, bevorzugt in Mengen von 1–3 g vor.
In einer spezifischen erfindungsgemäßen Ausführungsform stellt die Vorrichtung einen selbstaufblasenden prothetischen Bandscheibenkern dar. In einer anderen spezifischen Ausführungsform stellt die Vorrichtung einen selbstaufblasenden Bandscheibenkern, umgeben von einer verstärkten äußeren Begrenzung und einem Befestigungsmittel dar, die zur Bildung einer kompletten Bandscheibenprothese konfiguriert ist. Eine Ausführungsform des Verfahrens schließt die Behandlung einer Wirbelsäule eines Vertebraten durch Insertion einer dieser Vorrichtungen in einen Bereich der Wirbelsäule ein, die eine degenerierte, geschädigte oder fehlende Bandscheibe enthält und der Vorrichtung erlaubt, durch Durchlassen von wässriger Flüssigkeit in einen den gelösten Stoff enthaltenden Hohlraum zu expandieren.
Unter den erfindungsgemäß in Betracht gezogenen Variationen befinden sich Vorrichtungen, worin der gelöste Stoff eine Mischung aus gelöstem Stoff mit niedrigem Molekulargewicht zum schnellen Aufblasen der Vorrichtung und einen gelösten Stoff mit hohem Molekulargewicht zur Bereitstellung von Langzeitdruck und -stabilität umfasst, und Vorrichtungen, worin die Durchlässigkeit der Membran im Lauf der Zeit abnimmt, um ein rasches kurzzeitiges Aufblasen und eine beständige langzeitige Verhinderung des Austretens des gelösten Stoffs zu ermöglichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 und 2 stellen graphische Darstellungen der Ergebnisse von Drucktests dar, die die erfindungsgemäßen Vorteile nachweisen.
3A stellt eine graphische Darstellung der Massenretentionsergebnisse (Druckprofil) dar, die die erfindungsgemäßen Eigenschaften nachweisen.
3B stellt eine graphische Darstellung der Ergebnisse vom Drucktest (Gewichtsheben) dar, die erfindungsgemäß erhalten wurden.
4 stellt eine schematische Darstellung von Edelstahltestzellen dar, die zum Testen der erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtungen verwendet wurden.
5A stellt eine schematische Qerschnittsansicht von einer nicht aufgeblasenen erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. 5B stellt eine schematische Querschnittsansicht von einer aufgeblasenen erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
6A stellt eine schematische Querschnittsansicht von einem spinalen [Lakune] dar, worin eine nicht aufgeblasene erfindungsgemäße Vorrichtung platziert ist.
6B stellt eine schematische Querschnittsansicht von einem spinalen [Lakune] dar, worin eine aufgeblasene erfindungsgemäße Vorrichtung platziert ist.
7A stellt eine schematische Querschnittsansicht von einer nicht aufgeblasenen erfindungsgemäßen Bandscheibenprothese dar. 7B stellt eine schematische Querschnittsansicht von einer aufgeblasenen erfindungsgemäßen Bandscheibenprothese dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Kolligative Eigenschaften stellen Eigenschaften dar, die von der Anzahl an in einem Lösungsmittel aufgelösten Stoffpartikeln abhängen. Es gibt vier kolligative Lösungseigenschaften: die Erhöhung des Siedepunkts, die Erniedrigung des Gefrierpunkts, die Senkung des Dampfdrucks und den osmotischen Druck. Ein osmotischer Druckgradient veranlasst ein Lösungsmittel, eine dichte oder mikroporöse, durchlässige Membran zu durchdringen. Erfindungsgemäß kann ein trockener gelöster Stoff oder eine konzentrierte Lösung aus einem Stoff in den Hohlraum eines solchen Membranmaterials platziert werden, das in einen geformten Gegenstand, der einen Hohlraum enthält, gefertigt wurde. Im Fall, dass es sich bei dem gelösten Stoff um ein Trockenpulver oder einen neutralisierten oder nicht neutralisierten Polyelektrolyt handelt, kann er die Form einer festen Folie, einer Beschichtung oder eines Pellets annehmen oder er kann optional in einer aus einem zweiten Polymer geformten Matrix dispergiert werden.
Wenn der geformte Gegenstand in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, wie z. B. in Blut oder einen flüssigkeitshaltigen „Feststoff", wie zum Beispiel humanes Gewebe mit einem osmotischen Druck, der sich von dem unterscheidet, der im Hohlraum vorliegt, durchdringt Flüssigkeit aus dem flüssigen oder flüssigkeitshaltigen Feststoff – ebenso wie aus jedweder Lösung des Stoffs im Hohlraum – den geformten Gegenstand, wobei das Volumen und der Innendruck des Gegenstandes erhöht werden. Die messbare Durchlässigkeit und die damit verbundene Volumenerhöhung schreiten weiter fort, bis die osmotischen Drücke auf beiden Seiten der Membran gleich sind. Das heißt, sobald das Äquilibrium des osmotischen Drucks erreicht und aufrechterhalten wird, sollte kein zusätzlicher Nettotransfer von Lösungsmittel in den oder aus dem Hohlraum auftreten.
Wenn die Membran für Partikel im gelösten Stoff (z. B. Atome, Moleküle oder Ionen) undurchlässig ist oder wenn der Konzentrationsgradient des gelösten Stoffs über die Membran Null erreicht, wird die Konzentration des gelösten Stoffs danach auf der Innenseite des Hohlraums des geformten Gegenstandes konstant bleiben, vorausgesetzt, dass das Molekulargewicht des gelösten Stoffs, während er sich in Lösung (im Hohlraum) befindet, konstant bleibt. Wie bei dem durch ein Gas ausgeübten Druck hängt der osmotische Druck einer Lösung idealerweise von der Anzahl an vorliegenden „Partikeln", aber nicht von ihrer Identität ab.
Ein geformter Gegenstand wird erfindungsgemäß (zum Beispiel in der Form eines Bandscheibennukleus) aus einem wasserdurchlässigen Polymer in der Form einer dichten Membran oder einer Folie angefertigt. Der geformte Gegenstand kann einen mit einem unaufgelösten Stoff (in monomerer, oligomerer oder polymerer Form) beladenen Hohlraum, eine konzentrierte Lösung aus einem oder mehr gelösten Stoff(en) oder selbst eine supergesättigte Lösung aus dem Stoff im Lösungsmittel enthalten. Der Hohlraum kann optional von nicht kondensierbarem Gas, z. B. durch Verdrängungs- oder durch Vakuumbehandlung, befreit werden. Nach dem Eintauchen in eine Lösungsmittel enthaltende Phase (z. B. Körpergewebe, Knochenmark oder Blut) nimmt die Größe des geformten Gegenstandes um eine Menge zu, die teilweise durch das Molekulargewicht und die Konzentration des initial im Hohlraum enthaltenen gelösten Stoffs bestimmt wird.
Es ist über das Design des geformten Gegenstandes, z. B. durch die Größe des Hohlraums relativ zur molalen Konzentration des enthaltenen gelösten Stoffes möglich, durch die Wahl und Dicke von Konstruktionsmaterialien usw. einen beträchtlichen Druck herbeizuführen. Dieser Innendruck könnte zur Entgegenwirkung des externen Druckes auf das Äußere des geformten Gegenstandes verwendet werden. Im Beispiel des Bandscheibennukleus könnte der erforderliche Innendruck recht hoch sein, wie durch die Belastung auf die Wirbelsäule unter verschiedenen Typen und Intensitäten der physikalischen Aktivität bestimmt wurde.
DIE POLYMERE
Für die erfindungsgemäße praktische Ausführung geeignete Polymere schließen die in US 5,428,123 (COPOLYMERS AND NON-POROUS, SEMI-PERMEABLE MEMBRANE THEREOF AND ITS USE FOR PERMEATING MOLECULES OF PREDETERMINED MOLECULAR WEIGHT RANGE) offenbarten und die in US 5,589,563 (SURFACE-MODIFYING ENDGROUPS FOR BIOMEDICAL POLYMERS) offenbarten ein.
Bei erfindungsgemäß nützlichen Polymeren handelt es sich um die folgenden: Elastomere, Kunststoffe und verstärkte Verbundstoffe, die für die beabsichtigte Dauer der Implantation ausreichend biostabil sind und die für Wasser bei einer Rate (pro Dickeneinheit) durchlässig sind, was in einer Expansionszeit resultiert, die im Kontext des Produktes (z. B. bei der klinischen Anwendung einer Vorrichtung oder Prothese) angemessen ist. Die Expansionszeit für einen spezifisch geformten Gegenstand, der aus einem spezifischen Polymer hergestellt wurde, wird auch durch die Dicke des Polymers bestimmt, durch welches das Wasser in den Hohlraum, d. h. durch das Design des geformten Gegenstandes, eindringt. Man sollte zur Kenntnis nehmen, dass es sich bei den erfindungsgemäßen Membranen nicht um poröse Membranen handelt. Sie stellen feste Membranen dar, die konfiguriert sind, dass sie für Dämpfe von wässrigen Flüssigkeiten oder nicht wässrigen Lösungsmitteln durchlässig sind.
Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Membran kann zur Verminderung der Durchlässigkeit im Lauf der Zeit konfiguriert werden. Dies würde ein rasches kurzzeitiges Ausblasen der Vorrichtung zulassen, während eine anhaltende langzeitige Vermeidung des Austretens von gelöstem Stoff aus der Vorrichtung ermöglicht wird. Eine Art der Herstellung von Membranen mit zeitabhängiger Reduktion der erfindungsgemäßen Durchlässigkeit besteht in der Dispersion eines wasserlöslichen Additivs (z. B. Polyethylenoxid) in das Membranpolymer vor der Anfertigung der Membran. Das Additiv ist dispergierbar in, oder bevorzugt thermodynamisch kompatibel mit dem Membranpolymer, zumindest im Trockenzustand. Die Beimischung bildet eine feste Membran (die häufig optisch klar ist). Nach der Hydratation, wenn die Vorrichtung angewendet wird, erhöht der durch das Additiv veranlasste sehr hohe Grad der Hydrophilizität die Wasserabsorption der Membran und steigert folglich die Wasserdurchlässigkeit der Membran. Nach verlängerter Exposition gegenüber wässriger Flüssigkeit, tritt das Additiv jedoch aus, wobei folglich die Hydrophilizität und Durchlässigkeit der Membran reduziert werden. Zur Verwendung in einer implantierbaren Vorrichtung wird das Additiv dergestalt ausgewählt, dass es unschädlich, biokompatibel und/oder leicht aus dem Körper ausgeschieden wird. Im Körper verwendetes Natriumchlorid, Polyethylenoxid mit verschiedenen Molekulargewichten, andere hydrophile Polymere, Glycerin und dergleichen können alle verwendet werden. Für ein Membranpolymer, das kovalent gebundenes Polyethylenoxid in seiner Hauptkette (wie zum Beispiel BBF-21024, siehe nachstehend) enthält, stellt Polyethylenoxid aufgrund seiner ausgezeichneten Kompatibilität mit dem Basispolymer (Membranpolymer) das bevorzugte Additiv dar. Andere Additive können mit spezifischen Membranpolymeren aufgrund der ähnlichen Löslichkeitsparameter, Molekulargewichte und/oder Interaktionen mit dem Membranpolymer, z. B. Wasserstoffbindung, Säure-Base usw. kompatibel sein. Als Alternative (oder kumulativ) zum Beimischen des wasserlöslichen Polymers in das Membranpolymer kann man es kovalent an das Membranpolymer, zum Beispiel als Endgruppen, mithilfe von Bindungen, die der Spaltung durch Hydrolyse, Oxidation usw. unterliegen, binden. Nach der Spaltung ist das wasserlösliche Polymer frei, um aus dem Membranpolymer wie ein Additiv auszutreten.
Einige spezifische Polymere, die hierin verwendet werden können, stellen fast alle Polyurethanelastomere, vernetzte Silikonelastomere, Silikon-enthaltende Copolymere (vulkanisiert oder thermoplastisch), Polyolefinelastomere, Kraton-Elastomere, Hytrel, Pebax usw. dar. Nahezu jedweder Kunststoff oder jedwedes Elastomer, ob thermoplastisch oder wärmegehärtet, der/das die erforderliche Durchlässigkeitsrate des Lösungsmittels (oft Wasser) und Biostabilität (gegebenenfalls) aufweist, kann verwendet werden. Zusätzliche Anforderungen an das Polymer schließen selbstverständlich die Festigkeit und Verarbeitbarkeit, die in die spezifische Vorrichtung eingearbeitet werden sollte, ein.
Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass biomedizinische Polymere, wie zum Beispiel bestimmte Silikone, Polyurethane und andere Polymere, die auf eine Geschichte der erfolgreichen Implantation in den menschlichen Körper zurückblicken können, verwendet werden können. Auf diese Weise wird das Einhalten der behördlichen Anforderungen für die Zulassung durch die FDA und für die CE-Kennzeichnung sehr erheblich erleichtert.
Polyurethane und/oder Polyharnstoffe, welche die harten Segmente der permeablen nicht porösen Copolymere aufbauen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, werden bevorzugt mit aromatischen oder aliphatischen Diisocyanaten, wie zum Beispiel Diphenylmethandiisocyanat und Dicyclohexylmethandiisocyanat oder Gemischen davon hergestellt. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts der Diisocyanat-Komponente des harten Segments liegt in der Regel im Bereich von 100 bis 500. Polyisocyanate können auch verwendet werden. Diese Diisocyanate und Polyisocyanate können mit aliphatischen Polyolen zur Herstellung von Polyurethanen und/oder mit aliphatischen oder aromatischen Polyaminen, wie zum Beispiel Ethylenglykol, 2-Methylpiperazin, Isophorondiamin und Gemischen davon zur Herstellung von Polyharnstoffen kettenverlängert werden. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts der Kettenverlängerer-Komponente der harten Segmente liegt in der Regel im Bereich von 18 bis 500. Die weichen Segmente der durchlässigen nicht porösen Copolymere, die erfindungsgemäß verwendet werden können, werden bevorzugt mit polyfunktionellen aliphatischen Polyolen oder mit polyfunktionellen aliphatischen oder aromatischen Aminen, wie zum Beispiel Polyethylenoxiden und multifunktionellen Amin-terminierten Silikonen, hergestellt.
Ein segmentiertes Blockcopolymer, basierend auf einem „harten Segment" aus biostabilem aromatischem Polyharnstoff und einem amphipathischem „weichen Segment" (d. h. mit hydrophoben wie auch hydrophilen Segmenten) stellt besonders geeignete Membranmaterialien zur erfindungsgemäßen Verwendung dar. Eine bevorzugte Ausführungsform davon ist ein Polyurethan, umfassend ein ca. 27% hartes Segment aus Polyharnstoff, ca. 72% gemischtes weiches Segment enthaltend ca. 24% telechelisches Polyethylenoxid und ca. 0,55% semitelechelisches Polyethylenoxid- und 0,225 Silikon-Endgruppen. Solche Membranen sind in US 5,589,563 offenbart. Diese spezielle Membran wird manchmal hierin als „BBF 21024" bezeichnet.
DIE GELÖSTEN STOFFE
Die Nettowasserdurchlässigkeit hört auf, wenn das osmotische Druckdifferenzial über die Membran ein Äquilibrium erreicht. Dies kann einfach durch das Äquilibrium der molalen Konzentration des gelösten Stoffs mit an das Implantat angrenzenden Körperflüssigkeiten (d. h. einer gleichen Anzahl an aufgelösten Partikeln pro Volumeneinheit des wässrigen Lösungsmittels) und/oder durch eine Kombination aus osmotischem Druck, beaufschlagtem externen Druck, und Druck aufgrund von Expansion des zur Anfertigung des geformten Gegenstandes verwendeten Polymers auftreten, da der geformte Gegenstand Wasser absorbiert. Die Größe des expandierten Implantats kann auf jeden Fall durch die Konzentration des in der Polymer-Vorrichtung enthaltenen gelösten Stoffes und durch die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des (hydratisierten) wasserdurchlässigen Polymers sorgfältig reguliert werden. Unter Verwendung dieses Ansatzes kann ein hohes Verhältnis von expandierten zu kollabierten Abmessungen (relativ zu den Hydrogelen) erhalten werden, während es gleichzeitig für die Vorrichtungs-Körper-Grenzfläche ein biostabiles Polymer bereitstellt.
Man sollte zur Kenntnis nehmen, dass die Membran den Druck im Hohlraum, der etwas eingeschlossenes Gas ebenso wie flüssige Lösung enthalten kann, erhöhen wird, da die Membran durch den Eintritt von (z. B. wässrigem) Lösungsmittel gedehnt wird. Der Momentandruck im Hohlraum würde durch die Außenbelastung, durch die Abmessungen und Zugeigenschaften des Konstruktionsmaterials des Hohlraums, durch die Membrandicke (Polymerdicke) und den -modul, durch die initiale Konzentration des gelösten Stoffs, durch das Ausmaß des Ansatzes auf das Äquilibrium und durch die Temperatur und die Menge des im Hohlraum enthaltenen kompressiblen Gases beeinflusst. Sobald der osmotische Druck jedoch auf beiden Seiten der Membran gleich wird, treten keine zusätzlichen dimensionalen Veränderungen im geformten Gegenstand, zumindest bei Abwesenheit von Membrankriechen oder -abbau, auf.
Zur Minimierung der Rückdiffusion durch die Wand der Vorrichtung und dem damit verbundenen Verlust des internen osmotischen Drucks, würden gelöste Stoffe mit hohem Molekulargewicht bevorzugt, außer dass ihre molale Konzentration pro Volumeneinheit niedrig ist. Das heißt, dass der interne osmotische Druck, der dann pro Gewichtseinheit eines gelösten Kandidatenstoffs generiert werden kann, durch die Masse und das Molekulargewicht des gelösten Stoffs und durch das letztendliche interne Volumen der Vorrichtung bei Körpertemperatur bestimmt wird.
Ein wasserlösliches lineares Polyacrylamidpolymer mit niedrigem Molekulargewicht (nominelles Gewichtsmittel des Molekulargewichts = 1500) stellt einen bevorzugten erfindungsgemäßen gelösten Stoff dar. Das Polyacrylamid mit einem nominellen MG von 1500 wird in Lösungsform, 50 Gew.-% in Wasser, verkauft. Wie alle synthetischen Polymere weist es eine polydisperse Verteilung des Molekulargewichts auf, was eine statistische Verteilung der Polyacrylamid-Kettenlängen konstituiert. Es wurde bestimmt, dass im gewerblich erhältlichen Polymer einige Spezies mit niedrigem Molekulargewicht vorliegen. Diese ergeben aufgrund der von ihnen produzierten hohen Molalität initial einen sehr hohen osmotischen Druck. Sie durchdringen jedoch bald die Polymermembran und entweichen aus dem Zellinneren. Demzufolge kann eine Reinigung erforderlich sein, bevor es erfindungsgemäß verwendet werden kann.
Der gelöste Stoff in der Lösung kann mittels Dialyse unter Verwendung von zum Beispiel Cellulose-Dialysemembranen gereinigt werden. Ein zusätzlicher erfindungsgemäßer Aspekt zieht jedoch die Herstellung eines gelösten Stoffes, z. B. eines Polyacrylamidpolymers zur Verwendung in einer Prothese durch Dialyse unter Verwendung dünner Membranen von im Wesentlichen der gleichen Chemie wie das Polymer in Betracht, das zur Herstellung der Prothese verwendet wird. Dies gewährleistet, dass alle durchlässigen Spezies aus dem gelösten Stoff entfernt werden, bevor er zum Füllen der Vorrichtung verwendet wird. Als Alternative kann die Polymer-Fraktionierung mithilfe vieler verschiedener Verfahren durchgeführt werden, die auf differentieller Löslichkeit, Sedimentierung, Diffusion oder chromatographischem Ausschluss basieren. Die fraktionierte Präzipitation oder fraktionierte Lösung stellt oft eine gute Trennungseffizienz und hohe Ausbeuten bereit.
Die erfindungsgemäßen implantierbaren Vorrichtungen können aus einem „Cocktail" von gelösten Stoffen, das heißt aus zwei oder mehr verschiedenen gelösten Stoffen, von denen jeder mit unterschiedlichen Attributen zur Vorrichtung beiträgt, hergestellt werden. So kann man zum Beispiel eine Mischung aus gelöstem Stoff mit niedrigem Molekulargewicht zum schnellen Ausblasen der Vorrichtung und einem gelösten Stoff mit hohem Molekulargewicht zur Bereitstellung eines langzeitigen Drucks und einer langzeitigen Stabilität an die Vorrichtung, sobald sie im Körper aufgeblasen ist, verwenden. Wenn erwartet wird, dass der gelöste Stoff mit niedrigem Molekulargewicht fähig sein sollte, durch die Membran der Vorrichtung in den Körper auszudringen, sollte es sich selbstverständlich um eine biologisch unschädliche Substanz, wie zum Beispiel Natriumchlorid, handeln.
KONFIGURATIONEN
Erfindungsgemäße Vorrichtungen können mittels nahezu allen der allgemein verwendeten Verfahren zur Polymerumwandlung angefertigt werden. Ein geeignetes Polymer kann zum Beispiel zur Bildung eines taschenförmigen Objekts in eine Form gespritzt werden. Die Tasche kann dann mit einem geeigneten gelösten Stoff gefüllt und zum Beispiel durch Hochfrequenzschweißen (HF-Schweißen) abgedichtet werden. Der gelöste Stoff kann wässrig sein oder er kann zum Beispiel getrocknetes Polyacrylamid darstellen. Das Polymer kann als Alternative in eine Folie gegossen werden, und aus der Folie können dann Taschen gebildet werden, die mit gelöstem Stoff gefüllt und abgedichtet werden.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform stellt einen gelösten Stoff in einem Matrixpolymer dispergiert dar, das im Hohlraum einer aus dem gleichen Polymer oder einem anderen Polymer geformten Vorrichtung oder eines Gegenstands enthalten ist.
In einer noch anderen Ausführungsform wird ein optional verstärktes Polymer zur Anfertigung einer Vorrichtung verwendet, die einen Hohlraum oder mehr Hohlräume enthält, der/die einen gelösten Stoff in einer spezifischen Menge enthält/enthalten. Nach Insertion in den Körper expandiert die Vorrichtung, wenn Wasser das wasserdurchlässige Polymer unter den Einwirkungen des osmotischen Drucks durchdringt. Geeignete Verstärkungen für das Polymer schließen gewebte oder gewirkte Materialien, partikuläre Füllstoffe, zerschnittene Fasern und andere solcher Verstärkungsarten ein, die nicht die Wasserdurchlässigkeitsrate des Polymers unter den zulässigen Mindestbereich reduzieren. Mit dem Membranpolymer imprägniertes gewebtes oder gewirktes Material ist in diesem Kontext bevorzugt, da das Ausmaß der Expansion der Vorrichtung selbst bei hohen Innendrücken begrenzt sein kann.
Die Dichte des trockenen gelösten Stoffs, zusammen mit seinem osmotischen Druck pro Gewichtseinheit, bestimmen das vom gelösten Stoff in der kollabierten Vorrichtung eingenommene Volumen, wodurch eine untere Grenze auf die Größe der Vorrichtung während der Insertion auferlegt wird.
SPEZIFISCHE APPLIKATIONEN
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind viele Applikationen in Medizin-, Industrie- und Verbraucherprodukten. Aufgrund des weiten Bereichs der erfindungsgemäßen Applikationen kann sowohl die Rate als auch das endgültige Ausmaß der Abmessungsänderungen, die für eine spezifische Applikation erforderlich sind, dramatisch variieren. Der Fachmann wird wissen, wie diese Variablen durch die Wahl des Membranpolymers und die Größe des Hohlraums und durch die Menge des gelösten Stoffs, die initial im Hohlraum verändert wurde, zu kontrollieren sind.
Einige Beispiele von geformten Gegenständen, die mit erfindungsgemäßen biostabilen, halbdurchlässigen Membranmaterialien angefertigt werden können, schließen folgende ein: prothetische Bandscheibennuklei, prothetische Bandscheiben, Gefäßtransplantate, Aneurisma-Reparaturvorrichtungen, Gefäßstents, zervikale Dilatationsvorrichtungen, Brustimplantate, Gewebsexpansionsvorrichtungen, orthopädische Implantate, Knochenfixationsvorrichtungen, Gefäßokklusionsvorrichtungen, Vorrichtungen zur Behandlung der männlichen erektilen Dysfunktion, männliche und weibliche Inkontinenzvorrichtungen, männliche und weibliche Sterilisationsvorrichtungen, Arzneimittelabgabevorrichtungen, Vorrichtungen für die plastische und kosmetische Chirurgie, Hernienreparaturvorrichtungen, intraokuläre Linsen, ophthalmische Vorrichtungen und Wasserentsalzungsanlagen.
Zwei besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen Aspekts stellen einen selbstaufblasenden prothetischen Bandscheibennukleus (5 und 6) und einen durch eine verstärkte Begrenzung und ein Befestigungsmittel umgebenen selbstauflilasenden Bandscheibennukleus, der zur Bildung einer kompletten Bandscheibenprothese konfiguriert ist (7) dar. 5A stellt eine schematische Querschnittsansicht einer nicht aufgeblasenen Vorrichtung (10) dar, die eine Polymermembran (11) mit HF-Verschweißungen (15) umfasst, die einen gelösten Stoff einkapselt (12). 5B stellt eine schematische Querschnittsansicht von einer aufgeblasenen Vorrichtung (10'), umfassend eine Polymermembran (11) mit HF-Verschweißungen (15), die eine wässrige Lösung aus dem gelösten Stoff (13) einkapseln, dar. 6A stellt eine schematische Querschnittsansicht von einer Bandscheibe (20) mit einem Hohlraum (22) dar, worin sich eine nicht aufgeblasene Vorrichtung (10) befindet. 6B stellt eine schematische Querschnittsansicht von einer Bandscheibe (20) mit einem Hohlraum (22) dar, worin sich eine aufgeblasene Vorrichtung (10') befindet. 7A stellt eine schematische Querschnittsansicht von einer Bandscheibenprothese (30) mit Folgendem dar: einem Hohlraum (31), worin sich ein gelöster Stoff (12); eine verstärkte Begrenzung (32); und Befestigungsmittel (nicht gezeigt), befindet. 7B stellt eine schematische Querschnittsansicht von einer Bandscheibenprothese (30) mit Folgendem dar: einem Hohlraum (31), worin sich eine wässrige Lösung des gelösten Stoffs (13); eine verstärkte Begrenzung (32); und Bestfestigungsmittel (nicht gezeigt) befindet.
BIOLOGISCH ABBAUBARE/BIORESORBIERBARE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zusätzlich zu biostabilen Polymeren ist die Anfertigung erfindungsgemäßer geformter Gegenstände aus durchlässigen biologisch abbaubaren/bioresorbierbaren Polymeren möglich. Die Membranen, die – wie vorstehend beschrieben – solche geformten Gegenstände umfassen, expandieren, werden aber allmählich abgebaut und in den Körper resorbiert und aus dem Körper ausgeschieden oder treten anderweitig sicher in die Umwelt ein. Nach dem Abbau kann der geformte Gegenstand allmählich rupturieren oder anderweitig die in ihm enthaltene Lösung in den Körper freisetzen. Deshalb werden in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform unschädliche Flüssigkeiten zur Bereitstellung der Lösungen verwendet, die das osmotische Druckdifferenzial herbeiführen. Einige Beispiele geeigneter Flüssigkeiten stellen physiologische Kochsalzlösungen, Glucoselösungen, Glycerollösungen und andere solcher metabolisierbaren Lösungen dar, die für Menschen und die Umwelt sicher und verträglich sind.
Bioresorbierbare halbdurchlässige Membranmaterialen können erfindungsgemäß, zum Beispiel Gewebsgerüste für Implantate durch Gewebsmanipulation, Gefäßokklusionsvorrichtungen, anastomotische Vorrichtungen, Arzneimittelabgabevorrichtungen, Wundverschlussvorrichtungen, Implantate zur Verhinderung der postchirurgischen Adhäsion, temporäre Herzunterstützungsvorrichtungen und Gefäßtransplantate einschließen.
BEISPIELE
Eine solche Applikation stellt die Gestaltung von medizinischen Vorrichtungen und Prothesen zur Implantation in den menschlichen Körper dar. So kann zum Beispiel ein prothetischer Nukleus für eine Bandscheibe, der mithilfe chirurgischer Standardverfahren oder bevorzugt durch sogenannte minimal invasive Verfahren implantiert werden kann, erfindungsgemäß hergestellt werden. Nach der Insertion und Platzierung im Wirbelkörper, würde sich die Scheibe oder der Nukleus unter den Einwirkungen des osmotischen Drucks mittels Durchlässigkeit der wässrigen Flüssigkeit aus dem umgebenden Blut oder Gewebe expandieren/aufblasen. Während dieses Vorgangs würde der osmotische Druck der das Implantat umgebenden Region durch die normale Homöostase des Körpers ungefähr konstant gehalten werden. Optional kann die an das Implantat angrenzende Region mit ergänzender Flüssigkeit durch Injektion oder Irrigation versorgt werden.
Für Applikationen, bei denen schnelles Aufblasen erwünscht ist, wie z. B. direkt nach der Implantation in den Körper, kann eine Wasserquelle, ein anderes Lösungsmittel oder eine Lösung an den Innenhohlraum der Vorrichtung durch Injektion durch ein selbstabdichtendes Septum oder ein Ein- oder Zweiweg-Ventil und/oder mittels Durchstechen der dichten Membran selbst zugeführt werden. Im letzteren Fall würde die Membran nach der Injektion in der Regel wieder abgedichtet. Nach der Injektion von Wasser oder Lösungsmittel zum Zweck der Steigerung der Größe, wird der durch Osmose getriebene stetige Transport von Wasser oder Lösungsmittel den letztendlichen Innendruck bestimmen. In vielen Applikationen ist der Enddruck höher als der, der durch eine initiale Injektion herbeigeführt wurde.
OSMOTISCHE LEISTUNGSFÄHIGKEIT
Testzellen aus Edelstahl, wie schematisch in 4 gezeigt, wurden zur Kennzeichnung des osmotischen Potenzials von hinter einer BBF 21024-Membran enthaltenem Polyacrylamid verwendet. Die Zellhohlräume wurden mit Polyacrylamid-/Wasserlösungen gefüllt und in erhitzte Wasserbäder gebracht. Die getesteten Konzentrationen betrugen 25 Gew.-% und 50 Gew.-% Polyacrylamid in Wasser. Die 25%ige Lösung wurde durch Verdampfung von Wasser aus der 50%igen Polyacrylamidlösung hergestellt, dann wurde das trockene Polyacrylamid genommen und destilliertes Wasser zugefügt.
Der Druck wurde alle 10 Minuten aufgezeichnet. Die Testergebnisse sind grafisch in 1 und 2 ersichtlich.
Wie in 1 für die 25%ige Lösung ersichtlich ist, sind vier Durchläufe berichtet, die als Nr. 5, Nr. 9, Nr. 10 und Nr. 11 identifiziert sind; für Durchlauf Nr. 9 gingen während eines Stromausfalls die Ausgangsdaten verloren. Für Durchlauf Nr. 10 war der Temperaturabfall an dem mit einem „X" gekennzeichneten Punkt auf der Kurve auf einen Wasserwechsel im Wasserbad zurückzuführen. Die stabilisierten Drücke lagen im Bereich von 689,47–1896,04 kPa (100–275 psi), mit einem Peakdruck bei ca. 2068,41 kPa (300 psi). Der durchschnittliche stabile Druck betrug ca. 1227,25 kPa (178 psi). Wie in 2 für die 50%ige Lösung erläutert, sind drei Durchläufe berichtet, die als Nr. 12, Nr. 13 und Nr. 14 identifiziert sind. Für Durchläufe Nr. 13 und Nr. 14 waren die Temperaturabfälle an den mit einem „X" bezeichneten Punkten auf den Kurven auf einen Wasserwechsel im Wasserbad zurückzuführen. Die stabilisierten Drücke liefen ungefähr bei ca. 1723,67 kPa (250 psi) zusammen. Der höchste Druck für die 50%ige Lösung wies bei 3102,61 kPa (450 psi) einen Peak auf, nahm dann ab und stabilisierte sich ungefähr bei 1723,67 kPa (250 psi). Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass Drücke im Bereich der klinischen Verwendung erfindungsgemäß erreicht werden.
Die Variabilität in den erfassten Daten kann mehreren Faktoren zugeschrieben werden. Kleine Variationen hinsichtlich der Dicke der Membranen, Pinholes in der Membran, im Wasserbad während einiger der Testdurchläufe gebildeter Rost, Variationen bei der Herstellung der Testzellen und Absetzen von nicht aufgelöstem Stoff in der Testzelle könnten sich alle auf die Druckergebnisse auswirken.
Es wird angenommen, dass die Molekulargewichtsdispersität des Polyacrylamids einen anderen möglichen Beitrag zu den Variationen der Daten leisten könnte. Es wurde bestimmt, dass das verwendete Polyacrylamid ein durchschnittliches Molekulargewicht von ca. 2500 Dalton, mit einem Bereich von 400–30 000 Dalton aufweist.
POLYACRYLAMID-RETENTION
Wenn der gelöste Stoff aus Polyacrylamid durch eine halbdurchlässige Membran passieren würde, würde dies im Lauf der Zeit einen Druckverlust in der Vorrichtung veranlassen. Es wurde nachgewiesen, dass Polyacrylamid tatsächlich hinter den erfindungsgemäß verwendeten Membranen eingeschlossen bleibt.
1,3 g Polyacrylamid (PAM) wurden zwischen zwei Folien aus BBF 21024-Membran in einer kreisförmigen Hochfrequenz-Verschweißung (HF-Verschweißung) eingekapselt. Eine überschüssige Membran außerhalb der Schweißlinie wurde weggeschnitten, wobei eine erfindungsgemäße HF-verschweißte Vorrichtung bereitgestellt wurde. Die Vorrichtung wurde in eine wässrige Natriumchlorid-Lösung, die mit Natriumbicarbonat auf einen pH von ca. 7,4+ gepuffert wurde, eingetaucht.
Diese Lösung wird manchmal als eine HBSS-Lösung bezeichnet. Die Vorrichtung wurde getrocknet und in Abhängigkeit zur Zeit gewogen. Über den Verlauf von 80 Tagen stieg der Druck an und egalisierte sich bei ca. 32 g – siehe 3A. Dieses Druckprofil liefert den eindeutigen Nachweis, dass PAM nicht durch die Membran passiert.
1,3 g Polyacrylamid wurden zwischen zwei Folien aus BBF 21024-Membran in einer kreisförmigen Hochfrequenz-Verschweißung (HF-Verschweißung) eingekapselt. Eine überschüssige Membran außerhalb der Schweißlinie wurde weggeschnitten, wobei eine erfindungsgemäße HF-verschweißte Vorrichtung bereitgestellt wurde. Die Vorrichtung, die 2,00 g (trocken) wog, wurde unter Verwendung eines Gewichts in gewöhnliches Wasser untergetaucht. Die Testkammer stellte einen Zylinder (5 mm × 35 mm) (4,81 cm³) dar. Die Höhe, die das Gewicht zurücklegte, wurde in Abhängigkeit zur Zeit aufgezeichnet. Die Höhe, das Gewicht und die Fläche wurden zur Berechnung der psi verwendet, die zum Anheben des Gewichts erforderlich waren. Die Ergebnisse sind in 3B ersichtlich.
AUFBLASSTUDIE
Ein 0,77 g wiegender Beutel wurde aus BBF 21024-Folie (0,2794 mm (11 mil) dick) hergestellt. 1,34 g Polyacrylamid (mit einem nominellen Molekulargewicht von 1500) in Pulverform wurden in den Beutel gegeben, und der Beutel wurde mit Hochfrequenzstrahlung dicht verschlossen. Eine wässrige Natriumchlorid-Lösung wurde mit Natriumbicarbonat auf einen pH von ca. 7,4+ gepuffert. Der Beutel wurde dann in ein Bad mit der gepufferten Salzlösung bei Umgebungstemperatur gebracht und die Masse des Beutels, Polyacrylamid und jedwedes absorbierte Wasser wurden periodisch aufgezeichnet. Die Masse des Beutels, Polyacrylamid und absorbiertes Wasser nach verschiedenen Durchlaufzeiten sind in Tabelle I wiedergegeben.
Tabelle I
Dieses Experiment weist darauf hin, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung rasch Wasser absorbiert (absorbiert annähernd ihr Eigengewicht an Wasser in 24 Stunden, d. h. 1440 Minuten). Die Absorption mit diesem speziellen System erreicht nach 75–80 Tagen (108 000–115 200 Minuten) einen Peak und fällt dann langsam ab. Es wird angenommen, dass diese Abnahme der in der Vorrichtung zurückgehaltenen Wassermenge auf das niedrige Molekulargewicht der Polyacrylamid-Spezies zurückzufürhren ist, die durch die BBF-Membran ausdringt. Aus diesem Grund würden in der Regel in einer biologischen Applikation nur Polyacrylamid oder andere gelöste Stoffe verwendet, das/die zur Entfernung der Spezies mit niedrigem Molekulargewicht vorbehandelt wurde(n).

Claims

In einen Tierkörper implantierbare Vorrichtung, wobei genannte Vorrichtung einen wasserabsorbierenden gelösten Stoff umfasst, der durch eine nicht poröse, wasserdurchlässige Polymermembran eingekapselt ist, worin (a) genanntes Polymer Folgendes darstellt: ein Blockcopolymer mit einem Polyurethan und/oder einem harten Segment aus Polyharnstoff und einem weichen Segment, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Polyalkylenoxiden, Polyalkylencarbonaten, Polysiloxanen und linearen oder verzweigten Kohlenwasserstoffen, oder (b) genanntes Polymer ein Glied umfasst, das aus den Gruppen ausgewählt ist, bestehend aus Polyurethanelastomeren, vernetzten Silikonelastomeren, Silikon-enthaltenden Copolymeren und Polyolefinelastomeren, worin genannte Membran eine Dicke von 0,0254 bis 0,4064 mm (1 bis 16 mil) aufweist und eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate gemäß dem ASTM-Verfahren E96BW von größer als 100 g/Quadratmeter/Tag bei einer Dicke von 0,0254 mm (1 mil), einer Trockenzugfestigkeit von größer als 3447,35 kPa (500 psi) und einer Durchlässigkeit an genannten gelösten Stoff von weniger als 10^–3 cm²/sec aufweist und worin genannter gelöster Stoff zur Bereitstellung der genannten Vorrichtung mit einem Druck von ca. 0,6895 kPa (0,1 psi) oder mehr für eine Zeitdauer von mindestens 24 Stunden in der Lage ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin genannte Membran eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate gemäß dem ASTM-Verfahren E96BW von größer als 2000 g/Quadratmeter/Tag bei einer Dicke von 0,0254 mm (1 mil), einer Trockenzugfestigkeit von größer als 13 789,40 kPa (2000 psi) und einer Durchlässigkeit an genannten gelösten Stoff von weniger als 10^–4 cm²/sec aufweist, und worin genannter gelöster Stoff zur Bereitstellung der genannten Vorrichtung mit einem Druck von ca. 689,47 kPa (100 psi) oder mehr für eine Zeitdauer von mindestens sechs Wochen in der Lage ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin genanntes weiches Segment ein weiches Segment aus Polyalkylenoxid darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin genannte Membran ein wasserlösliches Additiv darin dispergiert oder kovalent gebunden daran aufweist und die Durchlässigkeit der genannten Vorrichtung im Lauf der Zeit abnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin genanntes wasserlösliches Additiv aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Natriumchlorid, Glycerin und Polyethylenoxiden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der genannte gelöste Stoff ein Polyacrylamid mit einem nominellen Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 1200–3000 Dalton darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der genannte gelöste Stoff in einer Menge von 0,1–50 Gramm vorliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin genannter gelöster Stoff in einer Menge von 1–3 Gramm vorliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die einen selbstaufblasenden prothetischen Bandscheibennukleus umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, die einen von einer verstärkten äußeren Begrenzung und einem Befestigungsmittel umgebenen selbstaufblasenden Bandscheibennukleus umfasst, die zur Bildung einer kompletten Bandscheibenprothese konfiguriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin der gelöste Stoff eine Mischung aus einem gelösten Stoff mit niedrigem Molekulargewicht zum schnellen Aufblasen der Vorrichtung und einen gelösten Stoff mit hohem Molekulargewicht zur Bereitstellung von Langzeitdruck und -stabilität umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Durchlässigkeit der Membran im Lauf der Zeit abnimmt, um ein rasches kurzzeitiges Aufblasen und eine beständige langzeitige Verhinderung des Austretens des gelösten Stoffes zu ermöglichen.