DE2905878A1

DE2905878A1 - Implantationsmaterialien und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2905878A1
Application number: DE19792905878
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Draenert
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1980-08-28
Also published as: ES8201181A1; DE3069440D1; EP0016906A1; EP0016906B1; ATE9866T1; US4373217A; ES488649A0; CA1162851A

Description

Merck Patent Gesellschaft
mit beschränkter Haftung

Implantationsmaterialien und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft Implantationsmaterialien auf der Basis von polymeren Acrylaten, insbesondere Polymethylmethacrylat, die insbesondere als Knochenersatz-, Knochenverbundund Prothesenverankerüngsraateri alien Verwendung finden können.

Diese auch als Knochenzemente bekannten Implantationsmaterialien werden vom Körper nicht resorbiert, sondern nach dem Einwachsen von körpereigenem Gewebe umschlossen.

IQ Eine stabile Verbindung Implantat/Körper ist nur dann gegeben, wenn das Implantat "knöchern" einwächst, das heißt also, daß Knochengewebe bis unmittelbar an die Implantatoberfläche reicht. Sehr häufig kommt es jedoch durch biomechanische Überbeanspruchung des Implantats, d.h.

auf das Implantat wirkende Biege- und Scherkräfte, die von der relativ kleinen Grenzfläche Implantat/Körper aufgefangen werden müssen, zur Ausbildung von Umbauzonen mit Geflechtknochen und schließlich zur Bildung einer straffen Bindegewebsschicht anstelle von Knochengewebe.

Dies führt zu einer Lockerung des Implantats.

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En hat nun nicht au VerKUcJiCη gcxehlt, diesen ^iiütcux; dadurch KU vorb-:;£>sern, daß die Greiizflöciia Irnplörntat/Körper vergrößert wird, z.B. dadurch, daß das Implantat mit einer Porenstruktur versehen wird, die es gestaltet, daß das Implantat vollständig von Körpergcvebe durchwachsen wird. So wird in äer deutschen Offenlegungci-chrift 2008708 insbesondere für Zahniniplantate vorgeschlagen, dem Acrylpolymeren neben geriebener Wurzelsubstanz von Naturzähnen und gegebenenfalls einem Schäummittel bis zu 30 Gew.% geriebenen "anorganischen Knochen" zuzusetzen. Durch Auflösung des anorganischen Knochens im Körper soll eine hohe Porosität ausgebildet werden, die zu eineift festen · Verbund mit dem eingrenzenden Gewebe führen soll.

In der deutschen Offenlegungsschrift 2G20890 wird vorgeschlagen, dem Polymeren Calciumphosphat in einem Mengenverhältnis von 1 : 1 bis 5 : 1 zuzusetzen, was einem Calciumphosphatanteil von 50 bis 83 % entspricht. Auch Calciumphosphat wird im Körper abgebaut und resorbiert, so daß auch hier eine sehr hohe Porosität entsteht, die . durch Nachwachsen von Körpergewebe zu einem haltbaren Verbund Implantat/Körper führen soll. Das gleiche Prinzip ist auch bei der in der deutschen Offenlegungsschrift 26 20907 beschriebenen Prothesenverankerung angewendet, v/o Calciumphosphatpartikel von 0,5 bis 1 mm Durchmesser so als dichte Kugelschüttung aufgebracht sind, daß nach der Resorption des Calciumphosphat ein durchgehendes Porensystem entstehen soll, das durch Körpergewebe aus-· gefüllt werden kann.

Auch bei dem in der deutschen Offenlegungsschrift 2518153 beschriebenen Verfahren soll durch Eumischung eines wäßrigen Gels zu der Polymerenmischung ein Netzwerk aus Gelfäden entstehen, das durch Knochengewebe gefüllt werden kann.

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Mis d.i.f;se Lösungen zeigen jedoch noch Kachteile, die ihre vorteilhafte Benutzung in der P3?a;iis fraglich erscheinen leisen. So kommt es bei der Zurnischung eines wäßrigen Gels vor allem dann, wenn die Durchmiscl'mng mit dem Polymeren nicht mit peinlichster Sorgfalt durchgeführt wurde, zur Ausbildung von unregelmäßigen Hohlräumen im Implantat, die dessen Stabilität herabsetzen können. Mangelnde Stabilität besitzen auch die Implantate gemäß DOS 2620890 und. DOS 2620907 wegen des hohen Anteils an Calciumphosphat. Eine ausreichende Stabilität wäre bei diesen Implantaten erst erreicht, wenn eine vollständige Durchwachsung stattgefunden hat. Dies würde jedoch viele Monate in Anspruch nehmen und es ist unmöglich, die entsprechenden Gliedmaßen so lange Zeit ruhig zu stellen.

Es bestand also ein Bedürfnis nach einem Implantationsmaterial, das sowohl unmittelbar nach dem Einbringen in den Körper schon eine ausreichende Stabilität aufweist, als auch in kurzer Zeit durch festes Verwachsen mit dem umgebenden Knochengewebe eine gute Langzeitstabilität garantiert.

Diese Aufgabe wurde durch die vorliegende Erfindung gelöst.

Es wurde nämlich gefunden, daß man durch Zumischung von resorbierbarem Tricalciumphosphat in einer bestimmten Menge und vor allem in einer genau definierten Teilchengröße zu den üblichen Knochenzementen auf Acrylatbasis ein Implantationsmaterial erhält, das alle Forderungen bezüglich sowohl der Kurzzeit- als auch der Langzeitstabilität erfüllt.

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Gegenstand der Erfindung Bind demgemäß Liiplantationsmaterialien auf Basis von Polyacrylaten, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie 5 bis 35 Gew.% resorbierbares Tricalciumphosphat mit einer Teilchengröße zwischen 50 und 300 ,um enthalten.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung von resorbierbarem Tricalciuraphosphat in einer Teilchengröße zwischen 50 und 300/um als Zusatz zu Implantationsmaterialien auf Basis von Polyacrylaten und die Verwendung dies.er Implantationsmaterialien bei der Bekämpfung von Knochendefekten.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Implantationsmaterialien-auf Basis von Polyacrylaten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man. das Tricalciumphosphat vor oder nach der* Mischen mit dem Präpolymeren dem die Polymerisation auelösenden Monomeren zusetzt und die Komponenten gleichmäßig mischt.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Implantationsmaterialien liegen darin, daß durch den relativ geringen Anteil des Tricalciumphosphats der Verbund des zugrunde liegenden Acrylatpolymeren nicht negativ beeinflußt wird. Es wird sogar eine Verbesserung der DruckbeL -tbarkeit der ausgehärteten Implantationsmaterialien beobachtet. Außerdem ist der normalerweise bei der Aushärtung von üblichen Knochenzementen zu beobachtende Volumenschwund deutlich verringert. Durch das zugesetzte Tricalciumphosphat wird auch die Wärmeableitung während des Polymerisationsprozesses verbessert, so daß die Gefahr von sogenannten Hitzenekrosen dadurch deutlich verringert ist.

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Erstaun! ichcrv?eice wird ben den eriindiLoosgcuÜlßen Im-plantatioiiswaterialien ein sc-:hr fester Verbund zwischen Imp] eint at und JCörpergewebe einreicht, obwohl es in der Regel nicht zu einer vollständigen Durchvachsung des Implantats durch Körpergewebe, kommt, sondern nur die an der Oberfläche des Implantats liegenden Tricalciuinphosphatpartikel resorbiert werden und die dadurch entstehende Randporosität durch Knochengewebe gefüllt wird. Durch die erfindungsgemäße Teilchengröße des Tricalciuiviphosphats wird jedoch die Porengröße dieser Randporosität so gesteuert, daß Kanäle in für das Knochenwachstum besonders vorteilhaften Dimensionen entstehen. Nur dadurch wird eine primär knöcherne Auf- -- füllung der Porositäten erreicht. Durch Resorption der Tricalciumphosphatpartikel in der Grenzzone kommt es zu einer nicht unerheblichen Vergrößerung der Kontaktflache und dadurch zu einer Verteilung der auf die Grenzzone einwirkenden Kräfte auf eine größere Fläche.

Diese Kanäle sind, wie bereits erwähnt, in der Regel nur an der der Körperflüssigkeit zugängigen Oberfläche des Implantats. Wenn jedoch zufällig mehrere Tricalciumphosphatpartikel benachbart sind, reichen diese Kanäle auch weiter ins Innere des Implantats. Diese an der Oberfläche des Implantats vorhandene Porosität, die schnell durch Knochengewebe gefüllt v/erden kann, ist trotz der relativ geringen Menge von 5 bis 35 Gew.% an Tricalciumphosphat ausreichend, um den Verbund Implantat/ICno- ' chen wesentlich zu verbessern.

Der Begriff Tricalciumphosphat, der in der vorliegenden Anmeldung gebraucht wird, ist als Oberbegriff zu einer Anzahl von verschiedenen im wesentlichen durch die chemische Formel Ca₃(PO₄)₂ zu beschreibende Materialien zu verstehen, wobei das Verhältnis Ca zu P annähernd 3:2 beträgt. Neben den reinen Tricalciumphosphaten wie z.B.

α - oder ß-Whitlockit, sollen jedoch auch die nur an-

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nähernd durch die Formel Ca₀(PO₄J₂ zu beschreibenden Materialien wie E.B. Apatite oder Phosphorit umfaßt, sein. Auf jeden Fall soll das Tricalciumphosphat im Körper resorbierbar sein.

Diese Materialien sind an sich bekannt und können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Im wesentlichen sind dies Fallverfahren oder Sinterverfahren oder aber eine Kombination solcher Verfahren. Füll- und Sinterverfahren zur Herstellung der Calciumphosphate sind in den Standardwerken der anorganischen Chemie, z.B. dem Gmelin, beschrieben. Als Ausgangsmaterialien dienen dazu in der Regel lösliche Calciumsalze und lösliche Phosphate oder aber für die Sinterverfahren z.B. CaO, CaOH, CaCO₃ und CaHPO₄, die mit P~G_r- oder aber untereinander zusammengesintert werden.

Die bei den Fällverfahren gewonnenen Calciumphosphate sind in der Regel relativ weich und weisen ein großes Porenvolumen auf, das in der Größenordnung von etwa 0,3 - 0,5 ml/g liegt. Dies hat.sowohl Vor- als auch Nachteile. Vorteilhaft ist, daß solche relativ porösen Calciumphosphate im Körper schnell resorbiert werden und ein schnelles Einwachsen von Knochengewebe in die dadurch gebildeten Porositäten des Zementes gestatten. Nachteilig dabei ist jedoch, daß bei der Verarbeitung ■ besondere Maßnahmen ergriffen werden müssen, um zu verhindern, daß sich die Calciumphosphatteilchen mit monomerem Acrylat bzw. Methacrylat vollsaugen. Dies ist unerwünscht, da hierdurch die schnelle, vollständige Polymerisation des Monomeren nicht mehr gewährleistet ist und die Gefahr besteht, daß ein höherer Anteil an Restmonomer nach dem Aushärten zurückbleibt und in den Kreislauf des Patienten gelangen kann. Außerdem wird durch das in den porösen Calciumphosphatteilchen polymerisierende Monomere, die Re^orbierbarkeit des CaI-ciumphosphat herabgesetzt und vor allem kann es dann

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nicht, '/,in: Ausbildung von Poren in den gewünschten Dimensionen kommen.

Die Aufnahme von flüssigem Monomeren Iu das poröse Calciumphosphat kann jedoch verhindert werden, wenn das Porenvolumen des Calcimnphonphat vor dem Mischen mit dem Monomeren mit einem physiologisch verträglichen, vom Körper resorbierbaren und mit dem Monomeren nicht mischbaren Füllstoff gefüllt wird. Dadurch wird eine Aufnahme von Monomeren in das poröse Calciumphosphat verhindert. Als solche Füllstoffe geeignet sind beispielsweise Glycerin, Wasser bzw. wäßerige Salz- oder Pufferlösungen, Äthylenglycol, niedermolekulare PoIyäthylenglycole und niedere Alkohole wie Äthanol, n-Propanol und Isopropanol.

Um diese Komplikationen, hervorgerufen durch die poröse Struktur des verwendeten Calciumphosphats auszuschließen, kann jedoch auch ein Calciumphosphat verwendet werden, das eine sehr geringe Porosität aufweist. Das Porenvolumen dieser Materialien sollte unter 0,1 ml/g, vorzugsweise unter 0,05 ml/g liegen. Man erhält diese Materialien in der Regel durch Sinterverfahren bei Temperaturen um oder über 1000 ⁰C bis etwa 1500⁰C. Als Ausgangsmaterialien können dazu neben den bereits oben erwähnten CaO, Ca(OH)₀, CaCOo, CaHPO_x, und P₀Oc auch gefällte poröse Tricalciumphosphate verwendet werden. Diese ursprünglich relativ weichen porösen Materialien gewinnen schon durch ein etwa einstündiges Erhitzen auf etwa 1200 ⁰C, vorzugsweise nach vorherigem Verpressen, deutlich an Härte. Gleichzeitig geht dabei das Porenvolumen ganz drastisch zurück auf Werte, die deutlich unterhalb 0,05 ml/g liegen.

Die gleichen vorteilhaften Eigenschaften bezüglich der Härte und des Porenvolumens erhält man e;ber auch beim Sintern anderer Ausgangsmaterialien. So erhält man bei-

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spielsv/eiöe auch beim Zusammensintern eines Gemisches aus Calciuvnnydrogenphosphat und Calciumcarbonat bei etwa 1200 - 1500 ⁰C ein Material mit einem Porenvolumen, das fast bei 0 liegt. Die Aufnahme von monomerem Acrylat bei der Verarbeitung ist bei diesen Materialien nicht zu befürchten, so daß hier auf eine Vorbehandlung des Calciumphosphats mit den obengenannten Füllmitteln verzichtet werden kann. ,'

Die Gewinnung der Tricalciumphosphate in der erfindungsgemäßen Teilchengröße geschieht durch an sich bekannte Methoden, z.B. durch Zermahlen und Sieben. Die erfindungsgemäße Teilchengrößenfraktion von 50 - 300 ,um kann aber auch z.B. durch Windsichten oder Sediraentieren gewonnen werden. Bevorzugt sind insbesondere Teilchen in der Größe von 80 - 200 ,um;

Diese Tricalciumphosphatteilchen werden in Mengen zwischen 5 und 35 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 15 und 30 Gew.-% in den Knochenzement eingearbeitet. Die bekannten Knochenzemente werden so .zubereitet, daß etwa 2 Teile eines feinteiligen, einen Polymerisationskatalysator (z.B. Dibenzoylperoxid) enthaltenden Präpolymerisats, insbesondere Polymethylmethacrylat oder eines Mischpolymerisats aus Methylacrylat und Methylmethacrylat, mit etwa einem Teil des flüssigen Monomeren, z. B.

Acrylsäure- oder Methylacrylsäuremethylester oder deren Gemische, aas einen Beschleuniger (z.B. Dimethyl-ptoluidin) enthält, zu einer formbaren Masse gemischt . werden, die in den Körper implantiert wird und dort aushärtet. Solche Knochenzemente sind z. B. unter dem (r)
Warenzeichen Palacos R im Handel.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Implantationsmaterialien erfolgt im Prinzip in ähnlicher Weise. Z. B. können die getrennten Komponenten, nämlich das den Polymerisationskatalysator enthaltende Präpolymerisat, das ggf. mit einem Füllstoff vorbehandelte Tricalcium-

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phosphat und das den Beschleuniger enthaltende Monomere zusammengemischt v/erden. Es kann aber auch eine Vormischung von zweien der drei Komponenten in der Weise, erfolgen, daß das TricalciumphoBphat entweder in Mischung mit dem Präpolymeren oder dem Monomeren vorliegt und diese Mischung dann mit der dritten Komponente vereint und gleichmäßig gemischt wird. ■

Falls ein poröses Tricalciumphosphat verwendet wird und deshalb eine Vorbehandlung des Tricalciumphosphats mit einem Füllmittel nötig ist, kann dieses Auffüllen der Poren auf verschiedene Weise erfolgen. In jedem Fall sollte diese Auffüllung der Poren so erfolgen, daß zwar alle Poren gefüllt sind, aber nicht so viel überschüssiges Füllmittel vorhanden ist, daß dieses die Tricalciumphosphatteilchen verklebt oder später das Aushärten der Implantationsmaterialien negativ beeinflußt.

Bei relativ niedrig viskosen Füllmitteln kann z.B. einfach die berechnete oder experimentell ermittelte Menge . dem Tricalciumphosphat zugegeben werden, wobei auf Grund der Kapillarkräfte das Füllmittel in die Poren aufgesaugt wird. Bei höher viskosen Füllmitteln kann dieses jedoch auch in einem niedrig siedenden Lösungsmittel gelöst dem Tricalciumphosphat zugegeben werden und das Lösungsmittel dann verdampft werden. Vor allem bei relativ leicht flüchtigen Füllmitteln besteht jedoch auch . die Möglichkeit der Porenfüllung über die Dampfphase.

Dazu genügt es, das Tricalciumphosphat z.B. in einem geschlossenen System mit den sich über dem flüssigen Füllmittel bildenden Dämpfen in Berührung zu bringen, wobei auf Grund des in den Poren durch die Kapillarkräfte erniedrigten Dampfdrucks eine Kondensation des Füllmittels in den Poren bis zu deren vollständiger Füllung erfolgt.

Welche Methode jeweils am vorteilhaftesten ist, hängt von dem jeweils verwendeten Füllmittel ab. Bei der Ver-

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Dicije Kinscblüsi.io von LuftLlä^oht-ji, die sovroh.'! bei den erfiiidungsgemäßen Inrplantateu unter Zunatx; \⁷oa Ccü c.iurnphospbrit als auch bei den Implantaten nach dem Stand der Technik zu beobachten sind, lassen sich überraficbendcrweiße durch eine relativ einfach durchzuführende Ver> fahrensmaßnahrae sraraindest so weit vermindern, daß die Stabilität der Implantate beträchtlich erhöht wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß eine Ko.mpriniierang der Mischung aus Tricaliumphosphat, Präpolymereni und Monomerem, oder auch nur von Präpolymeren und Monomeren! in einer bestimmten Phase der Polymerisation die Bildung von Lufteinschlüssen weitgehend verhindert. Diese Komprimierung erfolgt im ersten Abschnitt der Verarbeitungsphase der Knochenzemente und schließt sich unmittelbar dem Mischen von Präpolymeren* und Monomerem, bzw. Tricalciiimphosphat, Präpolymerem und Monomerem an.

Implantationsmaterialien, die so eingestellt sind, daß sie nach etwa 6-15 Minuten nach dem Mischen ausgehärtet sind und etwa bis zur 2. bis 8. Minute, verar-' beitbar sind, werden vorzugsweise in der Zeit zwischen der 1. und 4. Minute einem erhöhten Druck ausgesetzt.

Dies geschieht vorzugsweise so, daß man die Mischung aus Tricalciumphosphat, Präpolymerem und Monomerem in einer Kolbenspritze passender Größe komprimiert, die mit Entlüfturigslöchern versehen ist, deren Weite zwar nicht das Druchtreten der viskosen Mischung erlaubt, wohl aber das von eingeschlossener Luft und wobei der Spritzenstempei nicht luftdicht gegen die Spritzenwand abgeschlossen ist. Die hierfür notwendigen Drucke können durch ein Innengewinde der Spritze bei mäßigem Kraftaufwand erreicht werden, so daß es z.B. auch weiblichen Hilfsoersonen ohne weiteres möglich ist, die erfindungsgemäßen Drucke zwischen 10 und 45 kp/cm', vorzugsweise zwischen 20 und 40 kp/cm zu erzeugen. Der Druck wird für einige Zeit aufrechterhalten, vorzugsweise für etwa

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wemliuiy von Glycerin als Füllmittel hat cf.-siall beispielsweise als vorteilhaft erwiesen, das Glycerin in Alkohol gelöst dem Tricalciuitiphosphat zuzugeben und dann den AUiO]K)I ab duns ten zu lassen. Di.e Mengen, in denen die Füllmittel angewendet werden müssen, hängt.

ausschließlich von der Porosität des verwendeten Tricalciuuiphosphats ab, da wie bereits gesagt, die Poren vollständig gefüllt sein sollen. Vorzugsweise- wird jedoch ein Calciumphosphat verwendet, das so wenig porös ist, daß sich das Auffüllen der Poren erübrigt.

Das Mischen der Komponenten kann an sich in jedem geeigneten Behältnis erfolgen, z.B. einer Schale oder einem Becher. Es sind dazu auch schon spezielle Mischeinrichtungen vorgeschlagen worden. Wegen der Anwesenheit des relativ schweren Calciumphosphats muß das Mischen besonders sorgfältig erfolgen, um eine homogene Verteilung des Calciumphosphats im Implantat zu erreichen. Dabei besteht im besonderen Maße die Gefahr, daß Luft mit in die Masse eingerührt wird, die insbesondere in Form von Luftbläschen dann auch in dem ausgehärteten Implantat zugegen ist und dessen Stabilität mindern kann. Insbesondere auch"wegen der schlechten Benetzbarkeit der Calciumphosphatoberfläche durch das flüssige Monomere lagern sich an den Calciumphosphatteilchen bevorzugt Luftbläschen an, die den Kontakt Calciumphosphat/Zement verhindern und dadurch die Stabilität des ausgehärteten Implantats beträchtlich mindern. Die Untersuchung der herkömmlichen Knochenzemente hat außerdem gezeigt, daß als Folge von Fließeffekten um die Polymerkügelchen ebenfalls Luftblasen entstehen, die in der Regel zwischen 50 und 200 -um messen. Dieser Volumenanteil an eingeschlossenen Luftblasen kann im fertigen Zement bis zu 15 Volumenprozent ausmachen.

AL INSPECTED

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ADORSGfMAL '

1 ··■ 2 Minuten. Danach kann das Imploartationsmatcrial nach Entfernen der als Entlüftungsloch dienenden engen Auslaßkanüle durch einen ausreichend weiten Auslaßkanal aus der Spritze herausgepreßt und in den Körper eingebracht werden.

Implantationsmaterialien mit oder ohne Calciumphosphat, die unter Vorkomprimierung hergestellt sind, weisen einen sehr stark verringerten Anteil an Lufteinschlüssen auf, wobei diese wenigen Einschlüsse nur einen.sehr geringen Durchmesser besitzen. Bei den Implantationsmaterialien, die Calciumphosphat enthalten, ist auffällig daß bei Proben, die unter Vorkomprimierung hergestellt sind, ein fester Verbund des Polymeren mit dem Calciumphosphat vorliegt, der nicht durch Lufteinschlüsse an der Calciumphsophatoberflache gestört ist. Materialien, die unter Vorkomprimierung hergestellt sind, weisen daher eine erheblich größere Festigkeit auf als solche, die nach dem Mischen direkt in den Körper eingebracht sind.

Die erfindungsgemäßen Implantationsmaterialien, insbesondere solche, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch unter Vorkomprimierung hergestellt sind, können sehr vorteilhaft bei der Bekämpfung von Knochendefekten verwendet v/erden. Sie dienen dabei einmal zur Implantation von Endoprothese^, zum anderen aber auch ■ zur Durchführung von sogenannten Verbundosteosynthesen, und zur Auffüllung von bestimmten Knochendefekten.

Nachfolgend wird an Hand von Beispielen die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

40 g eines gefällten Tricalciumphosphats der chemischen Zusammensetzung Ca₅(PO₄J₃OH mit einem Porenvolumen von

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0,4 ml/g werden mit 20 ml Glycerin in 50 ml absolutem Alkohol vernetzt und in einem Exsifckator 24 Stunden zur Entfernung des Alkohols stehengelassen. 5 g dieses vorbehandelten Tricalciumphosphats, das eine mittlere Teilchengröße zwischen 100 und 200 ,um aufweist, vzerden mit 5,5 ml Methacrylsäuremethylester, enthaltend 0,7 % Dirne thyl-p-toluidin und etwa 0,006 % Hydrochinon (im folgenden "Monomer" genannt) und 10,0 g eines feintedIigen (Teilchendurchmesser <30 /Um) Copolymerisate von Acryl- und Methacrylsäuremethylester, enthaltend 0,5 % Dibenzoylperoxid und Spuren Chlorophyll (im folgenden "Polymer" genannt) gut gemischt»

Die Masse wird von der 1. bis zur 3. Minute nach dem Mischen unter einem Druck von etwa 35 kp/cm² komprimiert und ist innerhalb der ersten 3 bis 6 Minuten verarbeitbar, bis etwa zur 8. Minute noch plastisch verformbar und nach etwa 10 - 11 Minuten fest. Der erhaltene Zement ist gut hart und zeigt keine Reste von Glycerin an der Oberfläche. Ähnlich gute Resultate werden bei Verwendung von 7 ml und insbesondere bei Verwendung von 6 ml Monomer erhalten.

Beispiel 2

40 g des gefällten Tricalciumphosphats von Beispiel 1 werden mit 30 ml Glycerin in 40 ml absolutem Alkohol versetzt und 24 Stunden in einem Exsikkator zur Entfernung des Alkohols stehen gelassen. 5 g dieses so behandelten Tricalciumphosphats werden mit 6 ml Monomer und 10 g Polymer gut gemischt/Die Masse läßt sich sehr gut mischen und ist von der 2. bis zur 9. Minute spritzbar, bis zur 11. Minute von Hand knetbar, nach etwa 12 Minuten warm und nach etwa 13 Minuten erhärtet. Der erhaltende Zement ist sehr schön hart und die Oberfläche

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	Te-wpftratu.	·- 17 -	2905878
Kateri al	<°C),	r Spez. Ober	Spez. Poren
		fläche (cm²/g)	volumen (ml/g)
A	600 ⁰C	50,8	0,35
A	900 °	27,8	0,30
A	1200 °	10,4	0,29
A	1500 °	3,4	0,02
A		0,8 '	0,01
B	600' °	73,2	0,40
B	900 °	20,9	0,30
B	1200 °	6,0	0,04
B	1500 °	2,0	0,01
B	1200 °	0,6	0,01
C	1500 °	2,1	0,01
C	1,1	0,01

Eine kristallographische Untersuchung der Materialien zeigt, daß A und B bei allen Glühtemperaturen eine Hydroxylapatit-Struktur besitzen, während C eine Whitlockit-Struktur besitzt. :

Die geglühten Materialien können durch Zerkleinern und Klassieren in allen gewünschten Teilchengrößen gewonnen werden.

Beispiel 3b

5 g des bei 1200 ⁰C geglühten Tricalciumphosphats A nach Beispiel 3a mit einer Teilchengröße zwischen 63 und 200 ,um werden mit 6 ml Monomer und 10 g Polymer gut gemischt. Von etwa der 1. bis etwa zur 3. Minute wird die Mischung unter einem Druck von etwa 35 kp/cm² komprimiert. Die Masse ist bis zur 5. Minute spritzbar, bis zur 8. Minute von Hand knetbar und plastisch deformierbar, nach etwa 9 Minuten warm und nach etwa 10 Minuten erhärtet. Der erhaltene Knochenzement ist gut hart.

-0^LO 0 3 5/015. BAD GRfQfftj^ ί

J ' ORIGINAL INSPECTED

J.b

ist frei νου Glyceriurestcn. Kine Komprimierung auf einen Druck von etwa 35 kp/cnr erfolgt «v/isehen der 1. und 3. Minute.

Beispiel 3a
Die folgenden Ausgangsmaterialien

A ein gefälltes Tricalciumphosphat mit einem Porenvolumen von 0,35 ml/g (E. Merck, Art.Nr. 2143) B ein gefälltes Tricalciumphosphat mit einem Porenvolumen von 0,40 ml/g

C eine innige Mischung aus 2 Teilen Calciumhydrogenphosphat und einem Teil Calciumcarboriat

werden mit einer Exzenterpresse vorgranuliert und anschließend zu Tabletten verpreßt.

Die Ausgangsmaterialien A und B werden danach jeweils 1 Stunde bei 600 °, 900 °, 1200 ° und 1500 ⁰C geglüht • und Ausgangsmaterial C zunächst 3 Stunden bei 1200 ° geglüht, danach grob zerteilt, nochmals zu Tabletten verpreßt und für eine Stunde bei 1500 ⁰C geglüht.

In der folgenden Tabelle sind die spezifischen Oberflächen und spezifischen Porenvolumina der so behandelten Ausgangsmaterialien dargestellt.

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In gleicher Weise und mit gleich guten Ergebnissen kön nen auch die bei 1200 - 1500 ⁰C geglühten Materialien B und C verwendet werden.

Beispiel 4

20 g des bei 1200⁰C geglühten Tricalciumphosphats A nach Beispiel 3a mit einer Teilchengröße zwischen 50 und 300 ,um werden mit 24 ml Monomer und 40 g Polymer gut gemischt. Von etwa der 1. bis zur 3. Minute wird die

Mischung unter einem Druck von etwa 35 kp/cm in einer Kolbenspritze komprimiert.

Ein arthrotisch verändertes Hüftgelenk wird eröffnet, der Schenkelhals freipräpariert, die Kapsel entfernt und der Hüftkopf mit dem Schenkelhals 1 cm oberhalb des Trochanter minors in einem Winkel zur Horizontalebene von 35 - 45 Grad rese-ziert, die Markhöhle kurettiert und mit einer Spezialfräse aufbereitet, so daß eine künstliche Metallprothese eingepaßt werden kann. In die so vorbereitete Femurmarkhöhle wird ein Entlüftungsschlauch eingeführt, der bis unterhalb die Pro-

thesenspitze reicht. ·■

In die ausgespülte und in dieser Weise präparierte Markhöhle wird nun die in der oben beschriebenen Weise zubereitete ^ochenzementmasse injiziert und anschließend die Metallschaftprothese so eingeführt, daß der Metallschaft vollständig von Knochenzement umgeben ist und diesen Kunststoffköcher nirgends perforiert. Dies wird dadurch erreicht, daß Implantationswinkel und Resek~ tionsflächen durch praeoperative Zeichnungen geplant sind, wodurch die Stelle des Eintauchens der Metallpro-■ these in den plastischen Zement vorher bestimmt werden kann. In dieser Position wird die implantierte Metallprothese unverrückbar bis zur elften Minute unter Druck

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eingepreßt gehalten. Mach diesel Zed.χ. ist der Knochenzement ausgehärtet und die Prothese stabil implantiert.

Die. in der Grenzzone auftretenden Schrumpfungsspalten sind so klein, daß bei normaler Knochenvaskularisation der Spalt nach spätestens 12 Wochen knöchern aufgefüllt wird, so daß die künstliche Prothese von diesem Zeitpunkt an voll belastet werden kann.

Beispiel 5

Ein arthrοtiseher, aber in seiner äußeren Form noch gut erhaltener Hüftkopf kann auch für eine sogenannte Kappenprothese vorbereitet werden. Hierfür wird der Hüftkopf von seinem Restknorpel befreit. Die Knorpelgrundplatte wird mit einer Spezialfräse aufbereitet, so daß blutende Knochenpunkte sichtbar werden. Die Hüftkappe wird in der Weise angepaßt, daß die Grenzzone Knochen und Zement in erster Linie auf Druckkräfte beansprucht wird, d. h. entgegen der physiologischen Winkelstellung des Hüftkopfes wird die Kappe valgisiert und deflektiert auf den Hüftkopf aufgebracht.

Anschließend wird der Hüftkopf getrocknet und die Kappenprothese mit einer 2 mm dicken Schicht eines Zementes belegt, der in der im Beispiel 4 beschriebenen Weise zubereitet worden ist. Die den Zement enthaltende Kappe wird nun über den gut trocknen Hüftkopf gestülpt und fest angepreßt. Der dabei hervorquellende Zement wird entfernt und die Kappe bis zur elften Minute in der sorgfältig geplanten Position angepreßt gehalten. Die so fixierte Metallkappe zeigt sofort einen ausreichend stabilen Sitz, so daß der überkappte Femurkopf ohne Schwierigkeiten in die ins Becken implantierte Kunststoffpfanne reponiert werden kann.

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Beispiel G

In Fällen von Knochenfrakturen, insbesondere von sogenannten pathologischen Frakturen bei Knochentumoren oder Knochenmetastasen anderer Primärtumoren kann eine Verbundosteosyntbese zur Anwendung kommen. Hierbei werden zwei Fragmente, in denen Metallschrauben nicht mehr sicher fixiert werden können in der Weise mit einem Knochenzement, der nach Beispiel 4 zubereitet worden ist, vom Markraum her ausgefüllt, daß entweder direkt in den weichen Zement oder nach Bohren und Gewindeschneiden des ausgehärteten Zementes, auf diesen Verbund von Knochen und Knochenzement, eine Metallplatte mit Schrauben fixiert werden kann.

Eine solche Verbundosteosynthese kann auch ausgeführt werden, indem der Verbund von Zement und Knochen durch einen intramedullären Metallnagel verstärkt wird, der die Fragmente gleichsam auffädelt. Nach Aushärten des Zementes bekommen die Schrauben, bzw. die Metallimplantate einen festen Halt, so daß es zur schnellen Knochenheilung kommen kann. Es konnte gezeigt werden, daß die Knochenheilung durch die Zementplombierung nicht gestört wird.

Beispiel 7

In' gewissen Fällen, in denen epiphysennah Knochentumore aufgetreten sind, können große knöcherne Defekte, bei denen eine Auffüllung durch körpereigene Knochen nicht mehr zu erwarten ist und auf Grund derer eine Belastbarkeit der Extremität nicht mehr gewährleistet ist, mit Knochenzementen aufgefüllt und die Extremitäten mit oder ohne Metallarmierung mit dem nach Beispiel 4 aufbereiteten Knochenzement, aufgefüllt werden. Die so behandelten Knochen erreichen wieder eine Belastungsstabilität oder zumindest eine Übungsstabilität, die zu einer erhebliche» ^i l^^erl^chierung beiträgt.

Claims

Merck Patent Gesellschaft mit beschränkter Haftung Patentansprüche

1. Iinplantationsmaterialien auf Basis von Polyacrylaten, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 35 Gew.% resorbierbares Tricalciumphosphat mit einer Teilchengröße zwischen 50 und 300 Aim enthalten.

2. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tricalciumphosphat ein Porenvolumen von weniger als 0,1 ml/g hat.

3. Verwendung von resorbierbarem Tricalciumphosphat mit einer Teilchengröße zwischen 50 und 300/Um als

Zusatz zu Implantationsmaterialien auf Basis von Polyacrylaten.

4. Verwendung von resorbierbarem Tricalciumphosphat mit einer Teilchengröße zwischen 50 und 300 ,um und einem spezifischen Forenvolumen von weniger als 0,1 ml/g als Zusatz zu Implantationsmaterialien auf Basis von Polyacrylaten.

5. Verwendung von Implantationsmaterialien nach Anspruch 1 bei der Bekämpfung von Knochendefekten.

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6. Verfahren zur Herstellung von IraplantatioriKraaterialien nach.Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Tricalciumphosphat vor oder nach dem Mischen mit dem Präpolymeren dem die Polymerisation auslösenden Monomeren, vorzugsweise Methylmethacrylat, zusetzt und die Komponenten gleiclitTiäßig mischt.

7. Verfahren nach Anspruch 6,' dadurch gekennzeichnet, daß das Tricalciumphosphat vor der Vermischung mit den übrigen Komponenten mit einem körperverträglichen, resorbierbaren Füllstoff imprägniert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Glycerin verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung vor dem Aushärten·komprimiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mischung unter einem Druck von etwa

2
10-45 kp/cm komprimiert wird.

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