DE69727942T2

DE69727942T2 - Transplantat-gewebekonstruktion zum ersatz der knorpelstruktur

Info

Publication number: DE69727942T2
Application number: DE69727942T
Authority: DE
Inventors: L. Pamela PLOUHAR; D. Michael DUNN; L. Jerry LOWER; C. Thomas MAY
Original assignee: DePuy Orthopaedics Inc
Current assignee: DePuy Orthopaedics Inc
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2017-04-05
Also published as: EP0921769A1; US20010023373A1; EP0921769A4; JP2000506408A; US20010002446A1; US5922028A; US6176880B1; EP0921769B1; US6793676B2; US5788625A; WO1997037613A1; DE69727942D1

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Knorpelwiederherstellung, genauer gesagt ein Verfahren zum Bilden einer Struktur zum Wiederherstellen von Knorpelelementen.
In der chirurgischen Forschung wird seit vielen Jahren an der Entwicklung neuer Implantationstechniken und -materialen gearbeitet, mit denen sich beschädigte oder krankhafte Gewebestrukturen, insbesondere Knochen, Knorpelgewebe und Bindegewebe wie Bänder und Sehnen, ersetzen lassen und eine Heilung von Knochenbrüchen beschleunigen läßt. Beispielsweise ist es heutzutage weitverbreitet, daß ein orthopädischer Chirurg als Ersatz für ein gerissenes Kreuzband eine Kniesehne autogenen oder homologen Ursprungs verwendet. Die chirurgischen Verfahren für derartige Behandlungen sind wohlbekannt. Zudem ist für Chirurgen die Verwendung implantierbarer Prothesen aus Plastik, Metall und/oder Keramik üblich geworden, um physiologische Strukturen wiederherzustellen oder zu ersetzen.
Es ist bekannt, daß ein Verbund, der Darm-Submucosa von warmblütigen Wirbeltieren enthält, als Gewebeersatzmaterial in Form von Blättern verwendet werden kann, siehe US-Patent 4,902,508. Die in diesem Patent als bevorzugt beschriebenen und beanspruchten Zusammensetzungen der Blätter zeichnen sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus. Zu diesen gehören eine gute Verträglichkeit, ein hoher Berstdruck und ein effektiver Porositätsindex, der es ermöglicht, solche Materalien mit Erfolg als vaskuläre Transplantatkonstrukte zu verwenden.
Die in diesem Patent offenbarten Transplantatmaterialien sind auch für Anwendungen geeignet, bei denen eine Sehne oder ein Band ersetzt wird, wie es im US-Patent Nr.
5,281,422 beschrieben ist. Bei solchen Anwendungen scheint der Transplantat-Aufbau für das Wachstum der ersetzen Gewebe als Matrix zu dienen. Bei einer experimentellen Verwendung als Kreuzbandersatz ist der Abschnitt des Transplantats, der das Gelenk überbrückt, mit vaskulärem Gewebe verwachsen, so daß er wie das ursprüngliche Band aussieht und funktioniert. Außerdem verwuchs auch der in den femoralen und tibialen Knochenhohlräumen befindliche Abschnitt des Transplantats rasch mit dem kortikalen Knochen und der Knochenschwammsubstanz in diesen Hohlräumen und förderte deren Entwicklung. Man hat vermutet, daß diese Eigenschaften auf der Blattstruktur des aus Darmgewebe gebildeten Transplantat-Aufbaus beruhen. US-Patent Nr. 5,281,422 beschreibt in den 8 und 9 auch ein Zusammenfalten oder Einrollen des Transplantats, so daß mehrere seiner Lagen aufeinander zu liegen kommen.
Ein Vorteil eines für eine chirurgische Reparatur aus Darm-Submucosa gebildeten Transplantats ist, daß es für Infektionen wenig anfällig ist. Das Transplantatmaterial aus Darmgewebe ist vollständig in den vorhergehend erwähnten Patenten beschrieben. Es hat eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Infektionen und läßt sich gut über längere Zeit lagern. Es wurde festgestellt, daß xenogene Darm-Submucosa bei einer Implantation als vaskuläres Transplantat, Sehnen- oder Bandersatz von Empfängern gut vertragen wird und von dem Immunsystem der Empfänger nicht als "fremd" erkannt und folglich auch nicht abgestoßen wird.
Wie in dem US-Patent 5,275,826 beschrieben ist, kann verflüssigte Darm-Submucosa in reparaturbedürftiges Gewebe eines Empfängers injiziert werden, beispielsweise in Knochen oder Weichteilgewebe wie Muskel- und Bindegewebe. Beschrieben wird auch die chirurgische Wiederherstellung eines kollagenen Meniskus zwischen aneinander angrenzenden Knochen eines Gelenks. Bei einer solchen Wiederherstellung wird ein Blatt aus einem ersten Verbund aus Gewebetransplantat, das bevorzugt selbst Darm-Submucosa eines warmblütigen Wirbeltieres enthält, zu einer verschlossenen Tasche geformt und diese mit einer verflüssigten Zubereitung von Transplantatgewebe aus Darm-Submucosa gefüllt.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Gewebetransplantat-Aufbau und ein Verfahren zum Bilden eines solchen Transplantat-Aufbaus. Ein mehrschichtiges Transplantat, das eine Knochenplatte bildet, ist in der WO-A-9506439 beschrieben. Ein Gewebetransplantat-Aufbau aus Darm-Submucosa gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Wiederherstellung von beschädigten oder krankhaften Knorpelstrukturen geeignet.
Die Reparatur einer beschädigten oder krankhaften Knorpelstruktur wird in vivo durch eine rekonstruktive Gewebetransplantatstruktur oder einen Gewebetransplantat-Aufbau erreicht, der eine Mehrzahl von Schichten von übereinander gelegter Darm-Submucosa umfaßt, die so zusammengepreßt, zusammengefügt und geformt werden, daß sie ein festes mehrschichtiges rekonstruktives Element in der anatomischen Form des wiederherzustellenden knorpeligen Elements bilden. Das rekonstruierte Gebilde wird durch Übereinanderlegen einer Mehrzahl von Schichten aus Dünndarm-Submucosa erzeugt, die fest miteinander verbunden werden. In einem Ausführungsbeispiel werden die übereinander gefügten Schichten gleichzeitig zusammengepreßt und zusammengefügt. Nach dem Zusammenpressen und Zusammenfü gen wird die stabile mehrschichtige Struktur in der gewünschten dreidimensionalen anatomischen Form der zu ersetzenden knorpeligen Struktur geschnitten und eventuell zusätzlich geformt.
Man kann die übereinander gelegten Schichten bilden, indem ein fortlaufendes Stück von Dünndarm-Submucosa um ein Paar beabstandeter Aufspanndorne gewickelt wird. Bevorzugt sind die Aufspanndorne so angeordnet, daß sie vom Scheitel aus in einem spitzen Winkel auseinander laufen. Auf diese Weise ist der konkave Rand der Dünndarm-Submucosa näher an dem Scheitel als der konvexe Rand, wodurch unterschiedliche Längen der Ränder der Dünndarm-Submucosa kompensiert werden können. Auf diese Weise erhält man ein im wesentlichen ebenes Gebilde aus vielen Schichten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Dünndarm-Submucosa in Blätter zu schneiden und die Blätter übereinanderzulegen oder zu stapeln. Dabei können die Blätter in parallelen Ebenen mit unterschiedlichen Winkeln ausgerichtet werden.
Um die aufeinander gelegten Schichten zusammenzupressen und zusammenzuhalten, während sie zusammengefügt werden, kann eine Klammer, ein anderes Werkzeug oder eine hydraulische Presse verwendet werden. Die Schichten können durch Nähte, eine Quetschverbindung, Versteppen, Trocknen oder Vakuumtrocknen zusammengefügt werden.
Die Klammer kann einen Schlitz beinhalten, der als Nahtführung dient. Ferner kann der Umriß der Klammer als Schneidführung verwendet werden. Zusätzlich zu dem Zuschneiden gemäß dem Umriß der gewünschten anatomischen Form können die Vielfachschichten in ihrem Querschnitt an die gewünschte anatomische Form angepaßt werden.
Die soeben beschriebene rekonstruktive Struktur kann zum Wiederherstellen eines Knorpelelements in situ verwendet werden. Dazu wird ein Knorpelelement zumindest teilweise, wenn nicht sogar bis auf einen Keimrest im wesentlichen vollständig, entnommen, eine rekonstruktive Struktur aus mehreren Schichten von Dünndarm-Submucosa gemäß der anatomischen Gestalt des wiederherzustellenden Knorpelelements formend bearbeitet und angrenzend an den Keimrest des Knorpelelements positioniert. Das rekonstruktive Element wird mit dem Keimrest des Knorpelelements so verbunden, daß die rekonstruktive Struktur ein Substrat für ein von dem Keimrest ausgehendes endogenes Knochenwachstum bildet.
Ein Verfahren zum Wiederherstellen eines Gelenks mit zwei Knochen, zwischen denen sich Knorpelmaterial befindet, schließt das Abtragen eines eventuell verbleibenden Teils des Knorpelmaterials bis auf eine blutende Knochenfläche ein. Eine rekonstruktive Struktur, die aus Dünndarm-Submucosa geformt ist, wird an die blutende Knochenfläche angrenzend positioniert und mit der blutenden Knochenfläche verbunden, so daß die rekonstruktive Struktur ein Substrat für ein von der blutenden Knochenfläche ausgehendes Knorpelwachstum bildet. Auf diese Weise entsteht auf der Knochenfläche eine knorpelige Materialschicht. Alternativ ist es auch möglich, eine Membran oder Abdeckung einzufügen, die den Knochen in dem blutenden Bereich bedeckt, und das rekonstruktive Element an der Membran oder der Abdeckung zu befestigen.
Wenn auf dem Knochen noch eine ausreichende Menge Knorpelmaterial vorhanden ist, kann man den Knorpel so abtragen, daß ein gleichmäßiger Defektbereich geschaffen wird, ohne daß der Knorpel bis auf den blutigen Knochen entfernt wird. Anschließend wird dann an dem verbleibenden knorpeligen Material ein rekonstruktives Element befestigt.
Andere Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung können der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen entnommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Spanndorns und ein Verfahren, mit dem gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Schichten aus Dünndarm-Submucosa aufeinander gefügt werden kann;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Klammerwerkzeugs und einer Führung gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt in einer Draufsicht eine Möglichkeit des Klammerns und Zusammenfügens gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Zuschneiden der geklammerten Schichten, wobei die Klammer als Führung dient;
5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Zuschneiden ohne eine Führung;
6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung, wie gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung eine Stelle vorbereitet und daran eine rekonstruktive Struktur befestigt wird;
7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Wirbelsäule;
8 zeigt eine Schnittdarstellung eines Handgelenks;
9 zeigt eine weitere Schnittdarstellung eines Handgelenks;
10 zeigt eine Schnittdarstellung einer Schulter;
11 zeigt eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels, das gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung aus einer Mehrzahl von Schichten aus Blättern aus Dünndarm-Submucosa gebildet ist;
12 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Verfahren zum Klammern und Zusammenfügen gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung; und
13 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Möglichkeit des Zusammenfügens durch Steppnähte gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Das Ausgangsmaterial für eine Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt Submucosa von Wirbeltieren, besonders bevorzugt Tunica submucosa zusammen mit einem ba silaren Bereich der Tunica submucosa eines Abschnitts Darmgewebe eines warmblütigen Wirbeltiers. Ein bevorzugtes Ausgangsmaterial enthält die Tunica submucosa zusammen mit der Lamina muscularis mucosa und dem Stratum compactum eines Dünndarmabschnitts, wobei von diesen Schichten sowohl die Tunica muscularis als auch der luminale Abschnitt der Tunica mucosa des besagten Abschnitts abgespalten wurden. Solches Material wird in der vorliegenden Beschreibung als Dünndarm-Submucosa ("SIS" vom Englischen Small Intestine Submucosa) bezeichnet. Die Dicke und Beschaffenheit der basilaren Komponenten der Tunica mucosa, d.h. der Lamina muscularis mucosa und des Stratum compactum, sind bekanntlich speziesabhängig.
Die Präparation von SIS aus einem Abschnitt eines Dünndarms ist im einzelnen in dem US-Patent Nr. 4,902,508 beschrieben. Ein Abschnitt eines Darms, bevorzugt von einem Schwein, Schaf oder Rind, wird zunächst mit einer in Längsrichtung verlaufenden Wischbewegung einer abrasiven Behandlung unterzogen, um sowohl die äußeren Schichten (insbesondere die Tunica serosa und die Tunica muscularis) als auch die inneren Schichten (zumindest die luminalen Abschnitte der Tunica mucosa) zu entfernen. Üblicherweise wird die SIS mit physiologischer Kochsalzlösung gespült und wahlweise in einem hydrierten oder dehydrierten Zustand gelagert, bis sie, wie nachfolgend beschrieben, verwendet wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Gewebetransplantat-Aufbau zum Ersetzen oder Reparieren einer endogenen knorpeligen Struktur geformt. Das Verfahren umfaßt dabei die Schritte des Übereinanderlegens und anschließenden Zusammenfügens einer Mehrzahl von Schichten aus Darm-Submucosa, um einen mehrschichtigen Aufbau zu bilden, und des Zuschneidens der zusammengefügten Schichten in die anatomische Form der zu ersetzenden oder zu reparierenden Knorpelstruktur. Ein solcher mehrschichtiger Aufbau hat eine ausreichenden Anzahl von Gewebeschichten aus Submucosa, um einen rekonstruktiven Gewebetransplantat-Aufbau zu bilden, der die gewünschte Dicke zum Ersetzen der endogenen Knorpelstruktur hat. Die Gestalt und die Dicke des Gewebetransplantat-Aufbaus werden entsprechend der zu ersetzenden Knorpelstruktur gewählt. Jedoch hat ein solcher mehrschichtiger Aufbau typischerweise etwa 10 bis 300 Schichten und der Aufbau als Endprodukt eine Dicke von etwa 1 bis etwa 12 mm. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt der Gewebetransplantat-Aufbau etwa 25 bis etwa 200 Schichten aus Submucosagewebe und hat als fertiges Produkt eine Dicke von etwa 2 bis etwa 8 mm. In einer Ausführungsform umfaßt der Gewebetransplantat-Aufbau etwa 50 bis 300 Schichten aus Submucosagewebe und hat als fertiges Produkt eine Dicke von etwa 4 bis etwa 12 mm.
Ein erfindungsgemäßer Transplantat-Aufbau kann zum Ersetzen oder zum Reparieren eines Gelenkknorpels, eines meniskusförmigen Knorpelelements oder einer Bandscheibe passend geformt werden. Insbesondere umfaßt ein Transplantat-Aufbau zum Ersetzen eines Gelenkknorpels typischerweise etwa 10 bis etwa 100 Schichten und hat eine Dicke im Bereich von etwa 1 bis etwa 4 mm. In einer Ausführungsform umfaßt ein Transplantat-Aufbau für einen Gelenkknorpel etwa 20 bis etwa 100 Schichten aus Submucosagewebe und hat eine Dicke von etwa 2 bis etwa 4 mm. Ein Gewebetransplantat-Aufbau, der zum Ersetzen eines meniskusförmigen Knorpelelements geformt ist, umfaßt üblicherweise etwa 50 bis etwa 200 Schichten und hat eine Dicke im Bereich von etwa 4 bis etwa 8 mm. Eine Ausführungsform eines Meniskus-Aufbaus umfaßt etwa 100 bis etwa 200 Schichten aus Submucosagewebe und hat eine Dicke von etwa 5 bis etwa 8 mm. Ein Gewebetransplantat-Aufbau, der zum Ersetzen einer. Bandscheibe geformt wurde, umfaßt üblicherweise etwa 50 bis etwa 300 Schichten und hat eine Dicke im Bereich von etwa 4 bis etwa 12 mm. Ein Ausführungsbeispiel eines Bandscheibentransplantataufbaus umfaßt etwa 100 bis 300 Schichten aus Submucosagewebe und hat eine Dicke von etwa 5 bis etwa 12 mm.
Die Schichten aus Submucosagewebe werden mit einem der üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren zusammengefügt. Zu diesen Verfahren gehören beispielsweise der Einsatz von Nähten, von Klebstoffen, von Klammern und das Trocknen des Gewebes. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Schichten der Darm-Submucosa zusammengepreßt, während die Schichten zusammengefügt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden die Schichten mittels einer Klammer zusammengepreßt, bevorzugt mittels einer Klammer, welche die Form der zu ersetzenden Knorpelstruktur hat. Die Klammer kann als Umriß beim Zuschneiden der Form des Transplantat-Aufbaus genutzt werden, oder die Klammer selbst kann als Pressform in einer Presse verwendet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Submucosaschichten zusammengefügt, indem die Schichten beim Zusammenpressen der Dünndarm-Submucosa getrocknet werden. Zusätzlich können aufeinanderliegende Gewebeschichten beim Trocknen einem Vakuum ausgesetzt werden. Darüber hinaus kann auf den Transplantat-Aufbau während des Zusammenpressens der Darm-Submucosa mit Hitze eingewirkt werden, um den Trocknungsvorgang zu beschleunigen.
Ein erfindungsgemäßer Gewebetransplantat-Aufbau dient zum Ersetzen oder Reparieren einer Knorpelstruktur eines Menschen oder eines Wirbeltiers. Der Gewebetransplantat-Aufbau umfaßt eine Mehrzahl von Schichten aus übereinan der gelegter Darm-Submucosa, die zusammengefügt worden sind, um einen mehrschichtigen Aufbau zu bilden. Dabei wird eine so große Anzahl von Submucosaschichten übereinander gelegt, daß ein mehrschichtiger Aufbau mit einer Dicke von etwa 1 bis etwa 12 mm entsteht. Üblicherweise werden, abhängig von der Dicke der einzelnen Schichten, etwa 10 bis etwa 300 Schichten verwendet. Der mehrschichtige Aufbau wird dann zugeschnitten und so geformt, daß er die gewünschte dreidimensionale anatomische Form der zu ersetzenden oder zu reparierenden Knorpelstruktur erhält. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der mehrschichtige Aufbau so geformt, daß er eine Dicke von etwa 4 bis etwa 8 mm hat, und wird zugeschnitten und in die Form eines Meniskus gebracht. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel hat der mehrschichtige Aufbau eine Dicke von etwa 1 bis etwa 4 mm und wird in der Form eines Gelenkknorpels geschnitten und geformt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel hat der mehrschichtige Aufbau eine Dicke von etwa 5 bis etwa 12 mm und ist in der Form einer Bandscheibe zugeschnitten und geformt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der mehrschichtige Aufbau rasch zu einem stabilen Transplantat-Aufbau geformt werden, indem ein fortlaufendes Stück von Darm-Submucosa um ein Paar beabstandeter Aufspanndorne gewickelt wird, die Schichten zusammengefügt werden und die zusammengefügten Schichten entsprechend der gewünschten anatomischen Form geschnitten werden. Dieses Verfahren beschleunigt die Präparation eines Gewebe-Aufbaus, indem die Schritte des Schneidens des Submucosagewebes in Gewebeblätter eliminiert werden. Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Gewebetransplantat-Aufbau gebildet, indem ein fortlaufendes Stück Darm-Submucosa um ein Paar beabstandeter Aufspanndorne gewickelt wird, wobei die Darm-Submucosa in Form eines Schlauches ist, der einen konka ven und einen konvexen seitlichen Rand aufweist, und die Aufspanndorne so angeordnet sind, daß sie von einem Scheitel aus in einem spitzen Winkel auseinanderlaufen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Schlauch aus Submucosagewebe so um die Aufspanndorne gewickelt, daß der konkave Rand dichter an dem Scheitel ist als der konvexe Rand.
Das Verfahren zum Formen einer rekonstruktiven Struktur für ein Knorpelelement wird am Beispiel eines meniskusförmigen Knorpelelements näher beschrieben. Genauer gesagt handelt es sich dabei um den Meniskus des Kniegelenks, wie im Zusammenhang mit 6 erläutert wird.
Wie 1 zeigt, wird ein Abschnitt von SIS 10 um einen Aufspanndorn 20 gewickelt, der Beine 22 und 24 hat, die an einer Beuge 26 verbunden sind und von dort ausgehen. Die SIS 10 hat zwei laterale Ränder 12 und 14 von unterschiedlicher Länge. Dies ist eine natürliche Eigenschaft des Materials. Ein Rand kann als ein konkaver kürzerer oder mesenterialer Rand 12 und der andere Rand als ein konvexer längerer oder antimesenterialer Rand 14 bezeichnet werden. Der Winkel zwischen den Beinen 22 und 24 des Aufspanndorns ist so gewählt, daß die unterschiedlichen Längen der Ränder 12 und 14 kompensiert werden, so daß flache oder ebene Schichten entstehen. Ohne den Aufspanndorn 20 hätten die aufeinandergelegten Schichten eine Neigung sich zu wellen, oder die SIS müßte gestreckt werden, wodurch ungleiche Spannungen an der Oberfläche erzeugt werden würden. Sobald so viele Schichten um den Aufspanndorn 20 gewickelt worden sind, wie zum Kopieren des zu ersetzenden knorpeligen Elements erforderlich sind, werden die Schichten zum Zusammenfügen zusammengepreßt oder zusammengeklammert.
Das in 2 gezeigte Werkzeug 30 hat ein Paar Arme 32, die schwenkbar miteinander verbunden sind und in Schablonen oder Klammerköpfen 34 enden. Die Klammerköpfe 34 haben denselben Umriß wie das Knorpelelement, das rekonstruiert werden soll. Die Arme 32 der Klammer 30 können wie andere chirurgische oder medizinische Klammern mit ineinander greifenden Vorsprüngen 38 versehen sein. Wie im Vorhergehenden dargelegt, geht es hier um die Form eines Meniskus. Jeder Kopf 34 weist einen Schlitz 36 auf, der eine Führung zum Zusammennähen der Schichten darstellt.
Wie 3 zeigt, wird mit der Klammer 30 die Gesamtheit der Schichten aus SIS 10 geklammert, während sich diese auf dem Aufspanndorn 20 befinden. Eine Möglichkeit zum Zusammenfügen besteht darin, mit einer Nadel 40 und einem Faden 42 durch den Schlitz 36 der Schablone 34 hindurch zu nähen. Weitere Methoden zum Zusammenfügen der Schichten sind Versteppen, Quetschverbinden, Trocknen und Vakuumtrocknen. Alle diese Methoden werden angewandt, während die Schichten zusammengepreßt werden, wozu die Klammer 30 oder Preßplatten anderer Form oder Art oder Geräte oder hydraulischer Druck verwendet werden.
Die zusammengefügten Schichten werden dann durch Schneiden mit einem Messer 46, wie in 4 gezeigt, in eine gewünschte Form gebracht. Bevorzugt bilden die Klammerköpfe 34 eine Schablone für das Zuschneiden, wie in 4 gezeigt. Man kann die vollständige Meniskusform schneiden, indem man die Köpfe 34 als Schablone verwendet, oder nur eine ihrer Seiten, wobei der Rest freihändig geschnitten wird, wie in 5 gezeigt. Als weitere Möglichkeit können die Klammerköpfe 34 an ihrem Umfang einen Vorsprung haben und als Preßform in einer Presse verwen det werden, um die Schichten in der gewünschten Form zu schneiden.
Da ein Meniskus und andere Formen keinen einheitlichen Querschnitt haben, kann die resultierende Struktur 16 mit dem Messer 46 zusätzlich geformt werden. Der Begriff "Formen" schließt in diesem Zusammenhang das ursprüngliche Zuschneiden ebenso wie das Anpassen der Form im Querschnitt ein. Deshalb kann ein flacher, ebener Aufbau gemäß 5 einem Chirurgen zur Verfügung gestellt werden, den dieser dann so formt, daß er im wesentlichen genau die passende Form bekommt, um den Meniskus eines Patienten zu ersetzen.
Eine weitere Möglichkeit, die Gesamtheit der aufeinandergelegten, ebenen Schichten aus SIS zu formen, besteht darin, die SIS 10 der Länge nach zu zerschneiden und dann in Blätter geeigneter Größe zu schneiden. Wie 11 zeigt, kann die SIS 10 entlang ihrem konkaven oder kürzeren Rand 12 so geschnitten werden, daß der konvexe oder längere Rand 14 das Zentrum des Streifens bildet. Wenn man auf diese besondere Weise schneidet, werden Größen- und Spannungsschwankungen minimiert und Unebenheiten reduziert. Abhängig vom Durchmesser der SIS ergibt sich eine Breite von ungefähr 2,56 bis 5,12 cm (1 bis 2 inches). Die SIS wird dann in Blätter oder Segmente 18 geschnitten, die zum Beispiel 5,12 bis 7,68 cm (2 bis 3 inches) lang sind. Daneben können auch andere Methoden verwendet werden, um die Blätter herzustellen.
Die Blätter können beim Stapeln mit unterschiedlichen Winkeln orientiert werden, wie dies in 11 gezeigt ist, um sonstige Unterschiede zwischen den einzelnen Blättern 18 zu kompensieren oder zu beseitigen.
Anstatt die Gesamtheit der übereinandergelegten Schichten aus SIS durch Nähte gemäß 5 zusammenzufügen, können diese auch zwischen einem Paar Preßplatten 33 in einer Heizkammer 35, wie in 12 gezeigt, zusammengepreßt werden. Dadurch wird die komprimierte Struktur 16 getrocknet und die einzelnen Schichten aus SIS werden zusammengefügt. Bei der Kammer 35 kann es sich um eine Druckkammer handeln, in der der Druck über den Atmosphärendruck erhöht oder ein Vakuum gebildet werden kann. Ein Aufbau 16 wurde gebildet, indem er mittels der Druckplatten 33 einem Druck von 88,96 N (20 Pounds) ausgesetzt und 48 bis 72 Stunden auf 40°C aufgeheizt wurde. Weitere Experimente wurden durchgeführt, bei denen der Aufbau 16 in einem Vakuum bei Zimmertemperatur 72 bis 96 Stunden lang getrocknet wurde. Die Temperatur kann Zimmertemperatur sein oder bis zu 50°C betragen. Um den gewünschten Aufbau 16 herzustellen, kann der Druck zwischen Vakuumdruck und 275.790 Pascal (40 psi) liegen und die Zeit variiert werden. Die Parameter werden so gewählt, daß eine Ablösung einzelner Schichten von der Gesamtheit der Schichten 18 des Aufbaus 16 verhindert wird und die gewünschte Dichte des Endprodukts erzielt wird. Die Anzahl der Schichten kann je nach Dicke der einzelnen Schichten zwischen beispielsweise 50 bis etwa 200 betragen, so daß schließlich ein Aufbau 16 entsteht, der eine Dicke von beispielsweise 4 bis 8 mm hat.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die einzelnen Schichten aus SIS durch Steppnähte zusammenzufügen, wie es das Steppmuster 43 in 13 veranschaulicht. Das Steppen kann entweder vor, während oder nach dem Trocknen oder dem Pressen erfolgen. Wenn das Steppen während des Pressens mittels Preßplatten erfolgen soll, so muß eine geeignete Öffnung in der Preßplatte 33 vorhanden sein. Auch andere Methoden zum Zusammenfügen können eingesetzt werden. Bevorzugt erfolgt das Zusammenfügen während die einzelnen, übereinandergelegten Schichten aus SIS zusammengepreßt werden.
Die Dicke des Meniskus im Kniegelenk eines Individuums kann zum Beispiel zwischen 4 und 8 mm betragen. Folglich werden zum Ersatz durch eine rekonstruktive Struktur, je nach Methode zur Herstellung der Struktur 16, zwischen 50 und 200 Schichten oder mehr benötigt. Bei der rekonstruktiven Struktur 16 der 5 handelt es sich um eine solide, vielschichtige rekonstruktive Struktur, welche die anatomische Form des zu rekonstruierenden Knorpelelements hat. Indem die wesentliche Form der einheitlichen Schichten aus SIS vorgegeben wird, ist eine formende Bearbeitung für eine individuelle Anwendung möglich. Das Zusammenfügen mittels der Naht 44 entlang des größeren äußeren Umfangsabschnitts der Struktur 16 ermöglicht es, die Elemente der Gesamtstruktur miteinander zu verbinden und entlang der anderen Ränder entsprechend der Struktur der Knochen zu formen, bei denen das Knorpelelement eingefügt werden soll.
Anhand von 6 wird für den Meniskus eines Kniegelenks das Verfahren zum Wiederherstellen eines Knorpel elements in situ beschrieben. Obwohl zum Zwecke einer deutlicheren Darstellung der Erfindung der Oberschenkelknochen 50 getrennt von dem Schienbeinknochen 52 dargestellt ist, beinhaltet das Verfahren lediglich minimal invasive Chirurgie ohne Trennung des Oberschenkelknochens 50 von dem Schienbeinknochen 52. Zu den lateralen und medialen Gelenkköpfen des Oberschenkelknochens 50 und den lateralen und medialen Gelenkflächen des Schienbeinknochens gehören Gelenkflächen 51 und 52, die jeweils aus Knorpelmaterial bestehen. Zwischen dem Knorpelmaterial 51 und 53 befinden sich der mediale Meniskus 54 und der la terale Meniskus 55, die mit Bändern an dem Oberschenkelknochen 50 und dem Schienbeinknochen 52 befestigt sind. Ein Abschnitt der Bänder 56 und 57, die den Meniskus 54 und 55 befestigen, ist gezeigt.
Ein beschädigtes Knorpelelement oder ein Meniskus 54 wird zumindest zum Teil, wenn nicht sogar im wesentlichen vollständig, entfernt. Vorzugsweise verbleibt ein Rest als Keim. Wenn ein kleiner, sichelförmiger Teil nicht beschädigt ist und verbleibt, bietet er eine Befestigungsmöglichkeit für das rekonstruktive Element 16 und zugleich auch einen Keim für das Wachstum des Ersatzknorpelelements. Wenn ein sichelförmiger Rest verbleibt, können zudem die Ligamente verwendet werden, um den Rest des Meniskus am Knochen zu halten. Das Ersatzknorpelelement 16 wurde mittels Nadel 47 und Faden 48 an dem verbleibenden Abschnitt festgenäht, wie es für den lateralen Meniskus 55 gezeigt ist.
Wenn das Knorpelelement oder der Meniskus 54 nicht so stark beschädigt ist, daß eine Reparatur unmöglich ist, sondern nur gerissen ist, kann man kleine Abschnitte des beschädigten Knochenelements entfernen und an ihm ein Ersatzknorpelelement 16 befestigen. Als Alternative kann man für die beschädigten Schichten ein Ersatzknorpelelement 16 formen und direkt an dem Knorpelelement oder dem Meniskus 54 in situ befestigen. Auf diese Weise kann man das gerissene Element verstärken, ohne es zu entfernen. Wie im vorhergehenden dargelegt, wird eine formende Bearbeitung durchgeführt.
Wie bereits erwähnt, erfolgt der chirurgische Eingriff minimal invasiv von der Seite des Gelenks aus. Dabei können zum Schneiden und Nähen wohlbekannte Techniken eingesetzt werden. Wenn der Meniskus 54 und 55 so stark be schädigt ist, daß ein zusammenhängender, sichelförmiger Bereich zum Befestigen der rekonstruktiven Struktur 16 nicht mehr zur Verfügung steht, kann diese an der Sehne 56, 57 mit einem beliebigen verbleibenden Keimrest befestigt werden. Der Keimbereich des Meniskus 54, 55 unterstützt in Verbindung mit Synovialfüssigkeit das Wachstum des Knorpelmaterials, wobei die SIS als Matrix oder Substrat dient.
Eine erfindungsgemäße rekonstruktive Struktur kann auch verwendet werden, um in situ den Gelenkknorpel 51 und 52 auf der Oberfläche des Oberschenkelknochens 50 oder des Schienbeinknochens 52 zu reparieren. Die rekonstruktive Struktur veranlaßt die Bildung von hyalinem Knorpel. Die Bereiche, in denen die Methode angewendet wird, sind das Tibiaplateau, die femoralen Gelenkköpfe, der femorale Kopf und die Hüftgelenkpfannen, Fußgelenk, Ellenbogengelenk, Schultergelenk und Fingergelenke. Die SIS-Struktur 16 wird in der gewünschten Dicke erzeugt und an dem Knochen durch Nähen oder Gewebeklebestoff, beispielsweise Fibrinleim, befestigt. Das beschädigte Knorpelmaterial wird bis hinab zu einer blutigen Oberfläche des Knochens abgekratzt, um die erforderliche Keimstelle für das Wachstum des Knorpelmaterials zu bilden. Bei einer alternativen Vorgehensweise kann zum Abdecken des Bereichs des blutenden Knochens eine Membran oder eine Abdeckung eingebracht werden, an der das rekonstruktive Element befestigt wird. Mit einer Abdeckung kann der blutende Knochen von dem rekonstruktiven Element getrennt werden. Zu einer solchen Abdeckung kann beispielsweise keramisches Material oder eine resorbierbare Membran gehören. Die Membran wird durch Heften oder eine beliebige andere Methode befestigt. Wenn das Knorpelmaterial auf dem Knochen nicht wesentlich beschädigt ist, wird der Knorpel nicht bis zum blutenden Knochen abgetragen, sondern nur so weit, daß eine gleichmäßig beschädigte Fläche entsteht. Das rekonstruktive Element wird dann an dem verbleibenden Knorpelmaterial durch Nähen oder mittels eines Gewebeklebers befestigt.
Auf dieselbe Weise kann eine Bandscheibe ersetzt werden. Wie 7 veranschaulicht, sind die Wirbel 62 durch Bandscheiben 64 aus Knorpelmaterial voneinander getrennt. Eine Wiederherstellung einer Bandscheibe 64 kann mit der anhand von 6 beschriebenen Methode erreicht werden, indem die aus SIS geformte Scheibe an einer verbleibenden unbeschädigten Stelle der Bandscheibe befestigt wird. Statt dessen kann die Verbindung auch mit dem benachbarten Wirbel 62 erfolgen Eine gebrochene oder gespaltene Bandscheibe 64 wird bis zu dem blutenden Knochen abgetragen. Eine rekonstruktive Struktur aus SIS, die gemäß den anhand von in den 1 bis 5 oder 11 bis 13 beschriebenen Verfahren gebildet wurde, wird zwischen die Wirbel 62 eingebracht. Der blutige Knochen wird zur Keimstelle, und die rekonstruktive Struktur aus SIS bildet eine Matrix zum Ausbilden einer knochenartigen Struktur. Dies ist ein Beispiel einer Knorpelfaserstruktur. Andere Systeme mit einer Faserstruktur sind die Schambeinsymphyse, das Kiefergelenk und das Sternoklavikular-Gelenk.
Andere Arten von Knorpel oder elastischer Knorpel werden in der rekonstruktiven Chirurgie verwendet, um Gesichtsteile wie Nase oder Ohren zu modellieren. Eine gemäß dem Verfahren der 1 bis 5 gebildete rekonstruktive Struktur kann als Trägermaterial oder zur Rekonstruktion von elastischem Knorpel verwendet werden.
Wie 8 veranschaulicht, können mit dem vorliegenden Verfahren im Handgelenk ein knorpeliger Meniskus 70 und eine Gelenkscheibe 72 wiederhergestellt werden. In ähnli cher Weise können auch, wie in 9 gezeigt, in der Hand das radiokarpale Gelenk 74 und das interkarpale Gelenk 76 durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wiederhergestellt werden.
Wie 10 zeigt, liegt der Gelenkknorpel 80 auf dem Oberarmknochen 82 oberhalb des Knorpels 84 in der glenoiden Kavität des Schulterblatts 86. Sowohl der Gelenkknorpel 82 als auch der Knorpel der glenoiden Kavität 84 können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ersetzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und veranschaulicht wurde, ist klar zu verstehen, daß dies lediglich beispielhaft und im Rahmen einer Erläuterung geschehen ist, und nicht im Sinne einer Begrenzung verstanden werden darf. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird lediglich durch die Merkmale der nachfolgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

Gewebetransplantat-Aufbau (16) zum Ersetzen oder Reparieren einer knorpeligen Struktur, wobei der Gewebetransplantat-Aufbau umfaßt: eine Mehrzahl von Schichten aus übereinander gelegter Darm-Submucosa, die zusammengefügt worden sind, um einen mehrschichtigen Aufbau zu bilden, der eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 12 mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrschichtige Aufbau in der gewünschten dreidimensionalen anatomischen Form der zu ersetzenden oder zu reparierenden knorpeligen Struktur geschnitten oder geformt ist.
Transplantat-Aufbau nach Anspruch 1, wobei der Gewebetransplantat-Aufbau etwa 50 bis etwa 300 Schichten umfaßt.
Transplantat-Aufbau nach Anspruch 1, wobei der Gewebetransplantat-Aufbau etwa 50 bis etwa 200 Schichten umfaßt.
Gewebetransplantat-Aufbau nach Anspruch 1, wobei der mehrschichtige Aufbau eine Dicke von etwa 4 mm bis etwa 8 mm hat und in Form eines Meniskus (54, 55) geschnitten und geformt ist.
Gewebetransplantat-Aufbau nach Anspruch 1, wobei der mehrschichtige Aufbau eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 4 mm hat und in Form eines Gelenkknorpels eines Gelenks (51, 52) geschnitten und geformt ist.
Gewebetransplantat-Aufbau nach Anspruch 1, wobei der mehrschichtige Aufbau eine Dicke von etwa 5 mm bis etwa 12 mm hat und in Form einer Bandscheibe (64) geschnitten und geformt ist.
Verfahren zum Bilden des Gewebetransplantat-Aufbaus nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Verfahren umfaßt: Übereinanderlegen einer Mehrzahl von Schichten aus Darm-Submucosa (18) und Zusammenfügen der Schichten, um einen mehrschichtigen Aufbau (16) zu bilden, der eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 12 mm aufweist; und dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefügten Schichten geschnitten werden, um die anatomische Form der zu ersetzenden oder zu reparierenden Knorpelstruktur zu bilden.
Verfahren zum Bilden des Gewebetransplantat-Aufbaus nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Verfahren umfaßt: Wickeln eines fortlaufenden Stückes von Darm-Submucosa um ein Paar beabstandeter Aufspanndorne (20), um eine Mehrzahl von Schichten von Darm-Submucosa auf dem Aufspanndorn übereinander zu legen; Zusammenfügen der Schichten, um einen mehrschichtigen Aufbau zu bilden, und Schneiden der zusammengefügten Schichten, um die anatomische Form der zu ersetzenden oder zu reparierenden knorpeligen Struktur zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schichten von Darm-Submucosa zusammengepreßt werden, während die Schichten zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Schichten mit einer Klammer 30 zusammengepreßt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Klammer einen Schlitz beinhaltet, der als Nahtführung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Teil der Klammer als Schneidführung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Verfahren das Formen des resultierenden ebenen Aufbaus im Querschnitt in die gewünschte Form umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der mehrschichtige Aufbau in Form eines Meniskus (54, 55) geschnitten wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Schritt, in dem die Darm-Submucosa in Blätter geschnitten wird, wobei jedes Blatt eine Schicht des Gewebetransplantat-Aufbaus bildet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Schichten unter Verwendung der Klammer als Pressform in einer Presse geschnitten werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schichten durch Trocknen zusammengefügt werden, während die Darm-Submucosa zusammengepreßt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend einen Schritt, in dem Wärme während des Zusammenpressens der Darm-Submucosa angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schichten durch Trocknen zusammengefügt werden, während ein Vakuum angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schichten durch Nähte zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Darm-Submucosa in Form eines Schlauches ist, der einen konkaven (12) und einen konvexen seitlichen Rand (14) aufweist, die Aufspanndorne so angeordnet sind, daß sie von einem Scheitel aus in einem spitzen Winkel auseinander laufen und der Schlauch auf die Aufspanndorne gewickelt wird, wobei der konkave Rand dichter an dem Scheitel ist als der konvexe Rand.