DE69333556T2

DE69333556T2 - Injizierbare keramische Zusammensetzungen sowie Verfahren für ihre Herstellung und Verwendung

Info

Publication number: DE69333556T2
Application number: DE69333556T
Authority: DE
Inventors: Donald G. Menlo Park Wallace; Hugh Mcmullin; George Chu
Original assignee: Cohesion Technologies Inc
Current assignee: Angiotech Biomaterials Corp
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2013-02-17
Also published as: EP0627899A1; AU3619693A; DE69333556D1; EP1120439B1; ES2167330T3; AU666712B2; EP0627899B1; EP0627899A4; CA2128783C; EP1120439A1; DE69331096T2; ATE269371T1; CA2128783A1; DE69331096D1; WO1993016657A1; JPH07504106A; US5352715A; ATE208217T1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung und Verwendung von biokompatiblen Implantatzusammensetzungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung injizierbare Keramikimplantatzusammensetzungen für weiches und hartes Gewebe.
Die Verwendung von Kollagenzusammensetzungen für das Reparieren und Verstärken von Geweben ist bekannt. Kollagen kann in vielerlei Formen verwendet werden, die vernetzte und unvernetzte feinfaserige Kollagene, Gelatinen und dergleichen einschließen, und kann je nach beabsichtigtem Verwendungszweck mit verschiedenen anderen Komponenten, wie Gleitmitteln, osteogenen Faktoren, Keramikpartikeln und dergleichen, kombiniert werden. Zum Reparieren von weichem Gewebe wurden oft Suspensionen von feinfaserigem Kollagen verwendet, indem die Zusammensetzung durch eine Nadel mit geringen Abmessungen in die Behandlungsstelle injiziert wurden. Für das Reparieren von Knochen und hartem Gewebe wurden feinfaserige Kollagene mit Keramikpulvern, wie Hydroxyapatit und anderen Calciumphosphaten, kombiniert. Diese Zusammensetzungen waren jedoch nicht injizierbar.
Die Verwendung von feinfaserigem Kollagen als primäres Matrixmaterial bei injizierbaren Implantatzusammensetzungen für weiches und hartes Gewebe zeigt einige Einschränkungen. Das Herstellen von feinfaserigem Kollagen, das für die Verwendung beim Menschen geeignet ist, ist relativ zeitaufwendig und teuer. Insbesondere stellt das vollständige Entfernen von verunreinigenden und möglicherweise immunogenen Substanzen, um ein "unvollständig entwickeltes Kollagen" herzustellen, ein relativ komplexes und teures Verfahren dar. Außerdem könnten die Beständigkeit, die Formbeständigkeit, die Kohäsion, die Stabilität, die Elastizität, die Zähigkeit und das Eindringungsvermögen feinfaseriger Kollagenzusammensetzungen verbessert werden.
Feinfaserige und andere Kollagene wurden bisher primär zum Verstärken von oberflächigem, das heißt nahe der Hautoberfläche liegendem, weichem Gewebe verwendet. Für eine Injektion tief ins Gewebe, insbesondere an Stellen in der Nahe von Knochen und Knorpel, ist die Verwendung von vernetzten Kollagenen problematisch und die Verwendung von unvernetzten Kollagenen ineffektiv.
Ein Versuch, die Zusammensetzungen zu verbessern, die zum Reparieren und Verstärken von weichem und harten Gewebe verwendet werden, bestünde darin, das feinfaserige Kollagen in diesen Formulierungen zumindest teilweise durch ein Keramikmineralmaterial, insbesondere durch Hydroxyapatit oder andere Caiciumphosphatmineralien, zu ersetzen. Hydroxyapatit hat jedoch eine sehr geringe Immunogenität.
Der Einschluss solcher Mineralpartikel in Zusammensetzungen, die für die Behandlung von weichem und hartem Gewebe gedacht sind, hat sich jedoch als ineffektiv gezeigt, da das Einführen solcher Zusammensetzungen in die Behandlungsstelle schwierig ist. Insbesondere beeinträchtigt oder verhindert die Aufnahme von allgemein erhältlichen Keramikmineralpartikeln in den Zusammensetzungen, daß diese mittels einer Nadel mit geringen Abmessungen in die Gewebestelle, die von Interesse ist, eingeführt werden können. Folglich stehen im allgemeinen keine injizierbaren Keramikimplantatmaterialien zur Verfügung, und irgendwelche Vorteile, die aus deren Verwendung abgeleitet werden können, bleiben spekulativ.
Es wäre deshalb erwünscht, verbesserte injizierbare Implantatmaterialien zum Reparieren und Verstärken von weichem und hartem Gewebe bereitzustellen, bei denen zumindest ein Teil der primären Gewebematrixsubstanz ein biokompatibles Keramikmaterial ist. Solche Zusammensetzungen sollten leicht injizierbar sein, so daß sie mit einer Nadel mit feinen Abmessungen in die gewünschte Stelle im weichen Gewebe eingeführt werden können. Außerdem sollten solche Zusammensetzungen an der Injektionsstelle beständig sein, indem sie vorzugsweise an dem weichen Gewebe haften, in das sie injiziert worden sind; sie sollten stabil sein, das heißt in situ keinen signifikanten Veränderungen unterliegen; zäh und elastisch sein, das heißt Belastungen aushalten können, ohne einer übermäßigen oder dauerhaften Verformung zu unterliegen; nicht toxisch sein und vom Körper gut toleriert werden, das heißt keine oder tolerierbare Werte von Immunreaktionen und eine Entzündung betreffenden Reaktionen hervorrufen; und Eindringungsvermögen besitzen, das heißt eine relativ dispergierte, unregelmäßig geformte Masse innerhalb des Gewebes bilden, in das die Zusammensetzung eingeführt worden ist. Insbesondere sollten die verbesserten Implantatmaterialien für eine Injektion tief ins Gewebe, insbesondere an Stellen in der Nähe von Knochen und Knorpel, für Anwendungszwecke wie z. B. einer Wiederherstellung des Sphinkter, die Wiederherstellung der Nase und dergleichen geeignet sein. Es ist natürlich selbstverständlich, daß die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren, auch wenn sie zumindest einige dieser Aufgaben lösen, nicht notwendigerweise in jedem Ausführungsbeispiel jede dieser Aufgaben erfüllen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Zusammensetzungen, die Kollagen und ein Mineralmaterial, wie Hydroxyapatit oder Tricalciumphosphat, umfassen, sind für die Verwendung beim Reparieren von Knochenschäden bekannt. Siehe zum Beispiel US-Patente Nr. 5 001 169, 4 992 226 (die eine Ausscheidungsanmeldung von US-A-4 795 467 ist), 4 865 602, 4 776, 890 und 4 563 350. Lemons et al. berichten im Zweiten Weltkongress über Biomaterialien, 27. April bis 1. Mai 1984, von der Verwendung von Kollagen und Hydroxyapatit/Calciumphosphat-Zusammensetzungen zum Reparieren von Knochenschäden bei Kaninchen. Eine bald kommerziell verfügbare Zusammensetzung mit der Handelsbezeichnung COLLAGRAFT (Zimmer, Inc., Warschau, IN) umfasst hochreines, dermales Kollagen von Rind, das in einem auf das Trockengewicht bezogenen Verhältnis von Kollagen : Keramik von etwa 1 : 15 mit Hydroxyapatit und Tricalciumphosphat kombiniert ist. Solche Formulierungen aus Kollagen und einem Mineral können im allgemeinen nicht mit einer Nadel mit einem geringen Durchmesser injiziert werden und wurden nicht zum Reparieren von weichem Gewebe verwendet.
US-A-4 803 075 beschreibt Kollagenzusammensetzungen, die ein Gleitmaterial einschließen, damit die Injizierbarkeit durch Nadeln mit einem geringen Durchmesser für das Reparieren von weichem Gewebe verbessert wird. US-A-4 863 732 beschreibt eine injizierbare Zusammensetzungen, die Kollagen und einen osteogenen Faktor umfaßt, die zum Reparieren von Knochen geeignet ist. Die Paste POLYTEF^® (Mentor Corporation, Santa Barbara, CA) ist eine injizierbare Pastenzusammensetzungen, die pyrolysierte Poly(tetrafluorethylen)-Partikel aufweist, die in Glycerin mit einer geringen Menge Polysorbate 20 vorliegen, die zum Reparieren des Gewebes des Larynx geeignet ist.
Es hat sich gezeigt, daß Hydroxyapatitschichten auf verschiedenen chirurgischen Implantaten das Verbinden mit weichem Gewebe in einem Wirt verbessern. Hench, "Bioglass Implants for Otology," in: Biomaterials in Otology, Grote, Herausg., S, 62–69, Martinus Nijhoff Publishers, Den Haag (1983).
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfaßt injizierbare Implantatzusammensetzungen, die biokompatible Keramikpartikel als ein Matrixmaterial enthalten. Die Keramikmatrixpartikel haben eine Größe in einem Bereich von 50 μm bis 250 μm, der so ausgewählt ist, daß die Injizierbarkeit verbessert wird und eine Immunreaktion und eine eine Entzündung betreffende Reaktion minimiert werden, und sie liegen in einem pharmazeutisch akzeptablen, fluiden Träger, typischerweise einem wäßrigen Medium, vor, das gegebenenfalls ein organisches Polymer einschließt, wodurch ein Gel zum Suspendieren der Keramikpartikel gebildet wird. Ebenfalls weisen die Zusammensetzungen mindestens eine biologisch aktive Substanz aus, die aus Proteinen und Wirkstoffen ausgewählt ist. Die Zusammensetzungen können außerdem feinfaseriges Kollagen als ein Co-Matrixmaterial aufweisen, wobei das Verhältnis der Keramikmatrix zur Kollagenmatrix so ausgewählt ist, daß im entstehenden Implantat die gewünschte Konsistenz oder Festigkeit geboten wird.
Die Verwendung von biokompatiblen Keramikpartikeln als eine primäre Matrix ist aus einer Anzahl von Gesichtspunkten vorteilhaft. Die Keramikpartikel können innerhalb des eigenen Gewebes des Wirts verankert werden, was zu einem sehr beständigen Implantat führt, das über lange Zeiträume stabil bleibt. Trotz dieser Fähigkeit, mit dem Gewebe des Wirts in Wechselwirkung zu treten, sind die Partikel der Keramikmatrix im wesentlichen immunologisch inert und verursachen nur eine geringe oder keine Immunreaktion oder eine Entzündung betreffende Reaktion. Durch die Auswahl resorbierbarer oder inerter (nicht resorbierbarer) Keramikpartikel oder Kombinationen davon kann außerdem die Langzeitbeständigkeit des Implantats in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung programmiert werden. Außerdem sind Keramikmatrixmaterialien im Vergleich zu anderen Matrixmaterialien, wie Kollagen, kostengünstig, wodurch die Kosten der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verringert werden. Außerdem können durch die Verwendung von Kollagen als ein Co-Matrixmaterial Implantate für weiches Gewebe hergestellt werden, die einen weiteren Bereich der Konsistenz oder Festigkeit als entweder die mit einer Keramikmatrix oder einer Kollagenmatrix allein aufweisen. Überraschenderweise werden diese Vorteile erreicht, wobei die Zusammensetzungen leicht injizierbar bleiben, wodurch die bevorzugte Verwendung beim Reparieren und Verstärken von weichem Gewebe erleichtert wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner Verfahren und Geräte zum Herstellen solcher Zusammensetzungen, wobei die Keramikmatrixpartikel mit der erforderlichen Größenverteilung mit einem fluiden Träger und gegebenenfalls mit feinfaserigem Kollagen und/oder anderen Komponenten kombiniert werden. Die Geräte umfassen gewöhnlich präparierte Zusammensetzungen in verwendungsbereiten Spritzen.
Außerdem weist die vorliegende Erfindung die Verwendung eines biokompatiblen keramischen Matrixmaterials bei der Herstellung derartiger Zusammensetzungen auf, wobei die Zusammensetzungen für die Injektion an einer Stelle im weichen Gewebe geeignet sind und wobei vorzugsweise eine Nadel verwendet wird, deren Durchmesser das Maß 20 oder weniger hat. Die Zusammensetzungen sind für die Reparatur und Verstärkung von weichen oder harten Geweben in einem lebenden Säugetier geeignet und sind bei einer tief in das Gewebe hinein stattfindenden Injektion in Stellen in der Nähe von Knochen und Knorpel für Verwendungszwecke wie die Wiederherstellung des Sphinkter, eine Wiederherstellung der Nase und dergleichen besonders vorteilhaft
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine graphische Darstellung, die die auf das Gewicht im feuchten Zustand bezogene Gewinnung bei unterschiedlichen Hydroxyapatitkonzentrationen in Beispiel A des Versuchs-Abschnittes vergleicht.
2 ist eine graphische Darstellung, die die auf das Gewicht im feuchten Zustand bezogene Gewinnung bei unterschiedlichen Hydroxyapatitkonzentrationen in Beispiel B des Versuchs-Abschnittes vergleicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die erfindungsgemäßen injizierbaren Implantatzusammensetzungen werden durch Pulverisieren und Auswählen der Größe eines Ausgangsmaterials aus einer biokompatiblen Keramik und Einführen der entstehenden, nach der Größe bemessenen Keramikpartikel in einen geeigneten fluiden Träger hergestellt. Wahlweise können ein Kollagenmaterial und eine (mehrere) andere Komponente(n) als Teil der injizierbaren Implantatzusammensetzung kombiniert werden, und die so hergestellten Zusammensetzungen sind für eine Vielzahl medizinischer Anwendungszwecke, insbesondere das Implantieren von weichem Gewebe und insbesondere das Implantieren in tiefem Gewebe an Stellen in der Nähe von Knochen, Knorpel und dergleichen, vorteilhaft.
Die nach der Größe bemessenen Keramikpartikel bilden das primäre Matrixmaterial der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. "Matrixmaterial" heißt, daß das Material in dem Injektionsbereich im Gewebe des Wirts ausreichend lange beständig ist, damit das Reparieren oder Verstärken um und in das Material möglich wird. Der fluide Träger ist gewöhnlich viskos, noch üblicher ist er ein Gel, um die Keramikpartikel darin zu suspendieren und deren Konzentration zu maximieren. Geeigneterweise kann der fluide Träger ein viskoses, biokompatibles, organisches Polymer, wie Polyethylenglycol, Hyaluronsäure, Poly(hydroxyethylmethacrylat) und dergleichen sein.
Alternativ kann der fluide Träger ein Hydrogel, insbesondere ein Kollagen-Hydrogel, umfassen (wobei das Kollagen sowohl als Träger als auch als Co-Matrixmaterial wirken kann). In jedem Fall bildet der fluide Träger zusammen mit den Partikeln der Keramikmatrix nach der Injektion in die gewünschte Gewebesteile eine kohäsive Masse. Im Verlauf der Zeit werden das organische Polymer und/oder das Kollagen resorbiert, wobei die Keramikmatrix als Stützstruktur für das eigene Gewebe des Patienten zurückbleibt.
Biokompatible Keramikmatrixmaterialien, die für das Einführen in die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeignet sind, können von einer Vielzahl von Materialien mit einer Calciumphosphatmineral-Komponente stammen. "Calciumphosphatmineral" bezeichnet hier jene Materialien, die aus Ca⁺² und Phosphationen bestehen – unabhängig von der Mikrostruktur, dem Protonisierungszustand des Phosphats oder dem Ausmaß der Hydratation. Calciumphosphat-Mineralmaterialien schließen eine Vielzahl von Formen, wie die kommerziell erhältlichen Formen von Tricalciumphosphat, zum Beispiel Synthograft^®-Tricalciumphosphat, oder von Hydroxyapatit, wie die partikelförmigen Hydroxyapatitpräparate Periograf^®, Alveograf^®, Interpore^®, OrthoMatriX^® HA-1000^®, oder OrthoMatrix^® HA-500^®, ein. Das Hydroxyapatit oder das Tricalciumphosphat können auch nach bekannten Verfahren, wie den von Termine, et al. Arch Biochem Biophys (1970) 140: 307–325 oder von Hayashi et al. Aren Orthop Trauma Surg (1982), vorstehend) beschriebenen, hergestellt werden. In jedem Fall ist das Mineral im allgemeinen und vorzugsweise aus einer nichtbiologischen Quelle und wird ursprünglich als Pulver mit einer mittleren Partikelgröße geliefert, die typischerweise im Bereich von 100 bis 200 μm liegt, wobei die maximale Größe 1000 μm oder mehr beträgt. Obwohl der Mineralgehalt des Knochens für diesen Zweck gewonnen und gereinigt werden kann, ist die Verwendung eines kommerziell erhältlichen Calciumphosphatminerals sowohl aus Kosten- als auch Qualitätsgründen gewöhnlich ökonomischer und stärker bevorzugt.
Die Calciumphosphat-Ausgangsmaterialien werden herkömmlichen Verfahren der Größenverminderung und -auswahl unterzogen, wodurch ein Partikelbestand mit einer Größenverteilung im Bereich von 50 μm bis 250 μm, vorzugsweise von 100 μm bis 200 μm, erhalten wird. Partikel oberhalb der Obergrenzen dieser Verteilungen stören im allgemeinen die Injizierbarkeit der Zusammensetzungen, wohingegen Partikel unterhalb der Untergrenzen dieser Verteilungen der Phagozytose unterzogen werden, wenn sie Stellen des weichen Gewebes verabreicht werden. Somit ermöglicht es dieser Größenbereich, die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen erfolgreich bei Injektionsverfahren mittels einer Nadel mit geringen Abmessungen zum Reparieren und Verstärken von weichem Gewebe zu verwenden. Die Größenverteilung kann mit einem Bildanalysegerät mikroskopisch gemessen werden.
Ein beispielhaftes Verfahren, um zuerst die Größe der Calciumphosphatpartikel zu vermindern und in einem Größenbereich von 100 μm bis 1000 μm auszuwählen, ist im nachstehenden Versuchs-Abschnitt aufgeführt. Kurz zusammengefaßt wird ein Calciumphosphat-Ausgangsmaterial, wie Hydroxyapatit, zu einem feinen Pulver mit einer sehr weiten Partikelgrößenverteilung zerkleinert. Das feine Pulver wird dann in einer Vorrichtung feucht gesiebt, die ein Paar senkrecht getrennter Drahtsiebe umfaßt, wobei das obere Sieb eine größere Maschenweite und das untere Sieb eine geringere Maschenweite hat. Insbesondere ist das obere Sieb so bemessen, daß keine Partikel hindurchgehen können, die größer als die in der gewünschten Partikelgrößenverteilung sind, wohingegen das untere Sieb so bemessen ist, daß Partikel hindurchgehen können, die eine geringere Partikelgröße als die gewünschte Partikelgrößenverteilung haben. Folglich liegt das auf der Oberfläche des unteren Siebs zurückgehaltene Material im allgemeinen innerhalb der gewünschten Partikelgrößenverteilung.
Die Kollagenkomponente der Zusammensetzung kann aus einer Anzahl kommerziell erhältlicher Kollagene hergestellt oder davon abgeleitet werden. Es wurden zahlreiche Formen von Kollagen hergestellt, und diese unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften und auch ihrer Biokompatibilität. Der Begriff "Kollagendispersion" betrifft hier ein Kollagenpräparat in einem wäßrigen Medium, in dem die Partikelgröße des Kollagens nicht vorgeschrieben ist, das heißt, das Präparat kann eine Lösung, eine Suspension oder ein Gel sein.
Natürliches Kollagen besteht hauptsächlich aus einer Tripelhelix-Struktur, die sich wiederholende Triplett-Sequenzen enthält, die aus Glycin bestehen, das an zwei weitere Aminosäuren, gewöhnlich Prolin und Hydroxyprolin, gebunden ist. Natürliches Kollagen enthält an jedem Ende Regionen, die diese Triplett-Sequenzen von Glycin nicht aufweisen und folglich keine Helices bilden. Es wird angenommen, daß diese Regionen für die Immunogenität verantwortlich sind, die mit den meisten Kollagenpräparaten verbunden ist, und diese Immunogenität kann durch das Entfernen dieser Regionen gemildert werden, wodurch ein Kollagen aus "unvollständig entwickeltem Peptid" erzeugt wird. Das kann durch Digestion mit proteolytischen Enzymen, wie Trypsin und Pepsin, erfolgen. Die nicht-helixförmigen Telopeptid-Regionen sind auch für das natürlich auftretende Vernetzen verantwortlich, und das Kollagen aus unvollständig entwickeltem Peptid muß künstlich vernetzt werden, wenn eine Vernetzung erwünscht ist.
Natürlich vorkommende Kollagene wurden in etwa zehn Typen klassifiziert, wobei dies von der Aminosäuresequenz in den einzelnen Ketten, dem Carbohydratgehalt und dem Vorhandensein oder Fehlen von Disulfid-Vernetzungen abhängt. Die häufigsten Typen sind Typ I, der in der Haut, der Sehne und dem Knochen vorliegt und der von Fibroblasten gebildet wird, und der Typ III, der vorwiegend in der Haut vorkommt. Andere Typen sitzen in spezialisierten Membranen oder Knorpel oder an Zelloberflächen- Die Typen I und III enthalten in ihren Helices ähnliche Anzahlen von Aminosäuren und haben eine starke Homologie; der Typ III enthält aber an den C-terminalen Enden der Tripelhelix zwei benachbarte Cysteine, die Vernetzungen zwischen den Ketten bilden können, der Typ I jedoch nicht.
Deshalb können sich Kollagenpräparate aufgrund ihrer ursprünglichen Zusammensetzungen, die eine Funktion ihres Ursprungs sind, oder aufgrund ihrer Herstellungsarten voneinander unterscheiden. Von Knochen stammendes Kollagen enthält zum Beispiel ausschließlich Kollagen vom Typ I, wohingegen von der Haut stammendes Kollagen auch den Typ III enthält. Das Herstellungsverfahren kann die Telopeptide entfernen oder auch nicht. Somit sind sowohl unverändertes Kollagen als auch Kollagen aus einem "unvollständig entwickelten Peptid" möglich. Das Vernetzen kann bewußt oder zufällig erfolgen. Das Sterilisieren durch γ-Strahlen oder starke Hitze kann zu einem Vernetzen führen, ohne daß das Ausmaß oder die Natur gesteuert wird, und resultiert in einem teilweisen Abbau der Tripelhelix; das bewusste Vernetzen kann durch eine Vielzahl von Maßnahmen erfolgen, die das Behandeln mit Glutaraldehyd oder Polyethylenglycol einschließen. Unterschiede, die sich aus möglicherweise subtileren Gründen ergeben, sind vielleicht das Ergebnis von Abweichungen bei Einzelheiten des Herstellungsverfahrens. Zum Beispiel kann das Kollagen löslich gemacht und erneut gefällt werden oder kann einfach fein verteilt und in Suspension gehalten werden. Wenn es zu einer erneuten Aggregation des löslich gemachten Materials kommt, kann diese Aggregation in einer Weise erfolgen, so daß nichtspezifisch gebundene Feststoffe entstehen, oder das Kollagen kann wieder Fasern bilden, die die natürliche Form simulieren. Natürlich kann auch der Reinheitsgrad variieren.
"Frei von Verunreinigungen" oder "gereinigt" betrifft hier im Zusammenhang mit Kollagenpräparaten jene Verunreinigungen, die normalerweise mit Kollagen in seinem natürlichen Zustand verbunden sind. Aus Kälberhaut hergestelltes Kollagen ist folglich frei von Verunreinigungen, wenn andere Komponenten der Kälberhaut entfernt worden sind – das von Knochen, wenn andere Komponenten des Knochens beseitigt worden sind.
"Neu gebildetes" Kollagen betrifft Kollagen, das zu einzelnen Tripelhelix-Molekülen, mit oder ohne deren Telopeptid-Verlängerungen, zerlegt, in Lösung gebracht und danach erneut zu "feinfaserigen" Formen gruppiert worden ist. In dieser Form bestehen die feinen Fasern aus langen, dünnen Kollagenmolekülen, die um ein Mehrfaches von etwa einem Viertel ihrer Länge in einem gestaffelten Verhältnis zueinander angeordnet sind. Das führt zu einer streifenartigen Struktur, die weiter zu Fasern angehäuft werden kann.
Kollagen, das "im wesentlichen frei von Vernetzung" ist, betrifft Kollagen, bei dem die Telopeptide entfernt worden sind und dem folglich die natürliche Kapazität zur Bildung einer Vernetzung fehlt. Diese Präparate bleiben im wesentlichen Vernetzungsfrei, wenn sie nicht bewußt vernetzt werden, indem sie zum Beispiel mit chemischen Vernetzungsmitteln, wie Glutaraldehyd, behandelt oder einer Behandlung unterzogen werden, die eine ungewollte Form einer Vernetzung mit sich bringt – zum Beispiel Behandlungen, die oft für Sterilisierungszwecke benutzt werden, wie eine hohe Temperatur und γ-Strahlen.
Das für das Einführen in die erfindungsgemäße Zusammensetzung bevorzugte Kollagen ist ein gereinigtes, feinfaseriges, wiederhergestelltes Kollagen aus unvollständig entwickeltem Peptid. Es kann jedoch auch ein nicht-feinfaseriges Kollagen verwendet werden. Ein nicht-feinfaseriges Kollagen kann zum Beispiel durch den Einfluß von Glycerin beeinträchtigt werden und kann bei einem neutralen pH-Wert in der nichtfeinfaserigen Form gehalten werden.
Ein geeignetes feinfaseriges Kollagenpräparat ist ein Kollagen aus unvollständig entwickeltem Peptid, das in feinfaseriger Form wiederhergestellt wird und als Dispersion mit 5 bis 100 mg/ml, vorzugsweise etwa 50 bis 70 mg/ml geliefert wird. Es sind Dispersionen, wie das Kollagenimplantat Zyderm^® (ZCI) geeignet, das als Präparate kommerziell erhältlich ist, die 35 oder 65 mg/ml Kollagen in einer Kochsalzlösung enthalten, die von Collagen Corporation, Palo Alto, Kalifornien hergestellt werden. Für die Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden das ZCI oder andere Kollagendispersionen ohne Lidocain oder andere sedative Wirkstoffe verwendet. "ZCI" betrifft hier eine wäßrige Kollagendispersion statt der Kollagenkomponente an sich.
Die Keramikmatrixpartikel und gegebenenfalls die Kollagenkomponente der vorliegenden Erfindung werden in einem geeigneten fluiden Träger, typischerweise einem gepufferten wäßrigen Medium (pH = 7,0 bis 7,4), kombiniert. Bei Zusammensetzungen, die keine Kollagenkomponente einschließen, besteht der fluide Träger typischerweise aus einem Grundmaterial aus einem viskosen organischen Polymer, wie Polyethylenglycol, Hyaluronsäure, Poly(hydroxyethylenmethacrylsäure) oder dergleichen, oder umfaßt dieses außerdem. Das Grundmaterial aus dem organischen Polymer wirkt nicht als Matrixmaterial, das heißt, es ist nicht beständig und geht schnell aus der Verabreichungsstelle im Gewebe verloren, wobei die Keramikmatrixpartikel an Ort und Stelle als Matrix zurückbleiben. Stattdessen bewirkt das Grundmaterial aus dem organischen Polymer, daß die Keramikmatrixpartikel in einer Suspension gehalten werden und an der Injektionsstelle eine kohäsive Masse bilden. Einige organische Polymere, wie Polyethylenglycol, können auch als Gleitmittel wirken. Ein bevorzugtes organisches Polymer ist Polyethylenglycol, insbesondere mit einem Molekulargewicht von 400 bis 20.000. Der Polyethylenglycol kann Teil einer wässrigen Lösung sein oder ohne Wasser verwendet werden.
Das Grundmaterial aus dem organischen Polymer ist in einer Konzentration von etwa 0,1 bis 20% (Gewichtsbasis), gewöhnlich von etwa 0,5 bis 10% und vorzugsweise von etwa 0,5 bis 5% in den Keramikimplantatzusammensetzungen vorhanden.
Im Falle von Implantatzusammensetzungen, die auch eine Kollagenkomponente einschließen, ist der Zusatz eines Grundmaterials aus einem organischen Polymer gewöhnlich nicht notwendig (obwohl sein Vorhandensein nicht ausgeschlossen sein soll). Das Kollagen ist typischerweise in einer Konzentration von mindestens 1 Gew.-%, gewöhnlich mit 1 bis 20 Gew.-% und noch üblicher mit 1 bis 10 Gew.-% in diesen Zusammensetzungen vorhanden. Die Beständigkeit und die Struktur der Implantatzusammensetzung können geregelt werden, indem das Gewichtsverhältnis von Keramikmaterial zu Kollagen eingestellt wird, wobei höhere Mengen der Keramik festeren, beständigeren Implantaten entsprechen. Das Gewichtsverhältnis liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 1 : 19 zu 1 : 1 (Keramikmatrix : Kollagen), gewöhnlich liegt es im Bereich von etwa 1 : 9 bis 1 : 1,5 und vorzugsweise im Bereich von etwa 1 : 4 bis 1 : 2.
Es ist sehr wichtig, dass der gesamte Feststoffgehalt und die Viskosität der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in einem Bereich liegen, der eine Injektion der Zusammensetzungen durch Nadeln mit einer relativ geringen Abmessung, gewöhnlich dem Maß 20 oder darüber, vorzugsweise dem Maß 22 oder darüber, ermöglichen. Der gesamte Feststoffgehalt, einschließlich der Keramikmatrixpartikel, des Kollagens, des organischen Polymers und dergleichen, liegt gewöhnlich im Bereich von 4% (Gewichtsbasis) bis 60%, gewöhnlich liegt er im Bereich von 20 bis 50% und vorzugsweise im Bereich von etwa 35 bis 40%. Die entsprechenden Viskositäten liegen gewöhnlich im Bereich von etwa 0,4 Pa/s bis 0,005 Pa/s, gewöhnlich im Bereich von etwa 0,3 Pa/s bis 0,05 Pa/s und vorzugsweise im Bereich von etwa 0,2 Pa/s bis 0,1 Pa/s.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können außerdem biokompatible, fluide Gleitmittel und/oder Modifikationsmittel für die Viskosität einschließen, wie es allgemein in US-A-4 803 075 beschrieben ist, dessen Beschreibung hier als Bezug aufgenommen wird. Beispielhafte Gleitmittelkomponenten schließen Glycerin, Glycogen, Maltose und dergleichen ein. Grundmaterialien aus einem organischen Polymer, wie Polyethylenglycol und Hyaluronsäure, sowie auch nicht-feinfaseriges Kollagen, vorzugsweise succinyliertes Kollagen, können ebenfalls als Gleitmittel wirken. Diese Gleitmittel bewirken im allgemeinen eine Verbesserung des Einführungsvermögens in weiches Gewebe und verbessern die Injizierbarkeit, indem die Viskosität der Zusammensetzungen modifiziert wird.
Bei der Verwendung für hartes Gewebe und eine Knochenimplantation und -Wiederherstellung kennen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen weitere Komponenten, wie osteogene Faktoren, einschließen, wie es allgemein in den US-Patenten Nr. 4 888 366, 4 863 732 und 5 001 169 beschrieben ist. Die Zusammensetzungen können auch autologes Knochenmark enthalten, wie es allgemein in US-A-4 774 227 beschrieben ist.
In der vorliegenden Erfindung können biologisch aktive Substanzen (außer Kollagen), die aus Proteinen und Wirkstoffen ausgewählt werden, in die Zusammensetzungen eingeführt werden, um nach der Injektion der Zusammensetzungen für eine geregelte Freisetzung dieser aktiven Substanzen zu sorgen. Hydroxyapatitpartikel innerhalb der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen haben im allgemeinen eine negative Ladung, die mit positiv geladenen Proteinen, Wirkstoffen und dergleichen in Wechselwirkung treten kann. Insbesondere kann das Hydroxyapatit mit Aminogruppen auf einer Proteinsubstanz in Wechselwirkung treten, deren Lieferung an den Wirt erwünscht ist. Beispielhafte Proteine schließen Gewebe-Wachstumsfaktoren, wie TGF-β, und dergleichen ein, die die Heilung und das Reparieren des Gewebes an der Injektionsstelle fördern. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind auch für die Lieferung von anderen Substanzen als den wachstumsfördernden Substanzen nützlich und könnten deshalb für eine kontrollierte Zuführung einer großen Anzahl positiv geladener Wirkstoffe und Proteine für andere Zwecke als das Reparieren und Verstärken von Gewebe nützlich sein.
Die Komponenten des erfindungsgemäßen Keramikimplantatmaterials können in irgendeiner Weise kombiniert werden, die für eine homogene Mischung sorgt. Die Komponenten können zum Beispiel durch wiederholtes Durchlaufen von Pumpen oder wiederholte Übertragung zwischen benachbarten Spritzen mit einem Verbindungskanal mit einem geringen Durchmesser homogen gemischt werden. Eine geeignete Spritzeneinrichtung, die für das erforderliche Mischen sorgt, ist in US-A-4 743 229 beschrieben.
Die erfindungsgemäßen injizierbaren Keramikimplantatzusammensetzungen können dem Menschen oder anderen Säugetieren zum Verstärken von weichem Gewebe, zum Reparieren von Gewebeschäden, zum Korrigieren angeborener Anomalien, zum Korrigieren kosmetischer Schäden und dergleichen intradermal und subkutan injiziert werden. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können auch in innere Gewebe, wie die die Sphinkter des Körpers definierenden Gewebe, injizier werden, um diese Gewebe zu verstärken.
Spezifische Verwendungszwecke der erfindungsgemäßen implantierbaren Zusammensetzungen sind ausführlich in den obigen Patenten und Patentanmeldungen beschrieben.
Die erfindungsgemäßen injizierbaren Keramikimplantatzusammensetzungen können auch zum Reparieren oder Verstärken von harten Geweben, wie Knochen, Knorpel, Bindegeweben und dergleichen, verwendet werden. Die Injizierbarkeit der Zusammensetzungen bleibt ein besonderer Vorteil, wenn sie bei diesen Anwendungszwecken für harte Gewebe verwendet werden. Das Verstärken und das Reparieren von hartem Gewebe und Knochen sind in US-Patenten Nr. 5 001 169, 4 863 732 und 4 563 350 allgemein beschrieben.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können als Gerät aufbewahrt werden, wobei die getrennten Komponenten (d. h. die Keramikmatrix, der fluide Träger, das Kollagen (falls vorhanden) und andere wahlfreie Komponenten) in einer verwendungsbereiten Spritze abgepackt sind.
Das folgende Beispiel dient der Erläuterung und nicht der Einschränkung.
Versuch
Herstellen des Materials
Steriles, nicht-pyrogenes Hydroxyapatit (HA) mit stärker abgerundeten Kanten mit einer Partikelgröße von 140 bis 160 μm wurde von Lifecore Biomedical erhalten. Proben dieses Materials wurden auf einen Mikroskopträger gegeben, und die Partikelgrößenverteilung wurde durch Bildanalyse bestimmt.
Die Keramikpartikel (mittlere Partikelgröße 179 μm) wurden bis zu Konzentrationen von 10% und 30% Keramik, auf das Gewicht bezogen, aseptisch mit dem Kollagenimplantat Zyderm^®II (ZCI) gemischt, wodurch Kollagen-Keramik-Implantate erzeugt wurden.
ZCI-Proben, die 10% Keramik oder 30% Keramik enthielten, wurden bei Ratten im subkutane Gewebe ausgewertet. Proben mit etwa 0,25 cm³ wurden beidseitig in die supraskapulare Subkutis von Sprague-Dawley-Ratten injiziert. Am 14. und 28. Tag nach der Implantation wurden die Implantate freigelegt und das umgebende Bindegewebe wurde völlig weggeschnitten. Es wurde das Gesamtgewicht des Explantats im feuchten Zustand bestimmt, und jedes Explantat wurde histologisch ausgewertet.
Histologische Schlussfolgerung
Die histologischen Daten liefern Informationen über die Biokompatibilität des Implantats. Die Reaktionen auf alle Testmaterialien am 14. Tag lagen innerhalb des Normalbereichs der Biokompatibilität. Bei einigen Implantaten wurde jedoch eine Verkalkung festgestellt. Am 28. Tag waren alle Implantate angemessen biokompatibel, abgesehen von dem ZCI, das 30% HA enthielt, das die Mindestbiokompatibilitat aufwies. Viele der Implantate, die HA enthielten, zeigten Anzeichen einer Verkalkung, eine gewisse Verkalkung ist jedoch bei dem subkutanen Rattenmodell typisch. Keines der HA enthaltenden Implantate zeigte eine Granulombildung, die oft bei injizierbaren, Partikel enthaltenden Zusammensetzungen, wie bei der Paste Polytef^® oder bei Bioplastique^®, feststellbar ist.
Beständigkeit des Gewichtes im feuchten Zustand
Die Wiederherstellung des Gewichtes im feuchten Zustand ist ein Merkmal der Beständigkeit eines Implantats. Die Wiederherstellung des Gewichts des Implantats im feuchten Zustand war bei allen Formulierungen innerhalb von 28 Tagen konstant. Die Wiederherstellung war bei dem ZCI etwas besser, das 30% HA enthielt. Siehe 2.
Obgleich die obige Erfindung für die Zwecke eines vereinfachten Verständnisses ausführlich beschrieben worden ist, versteht sich, dass bestimmte Modifizierungen innerhalb des Rahmens der beiliegenden Ansprüche angewendet werden können.

Claims

Eine injizierbare Implantzusammensetzung, welche folgendes beinhaltet: eine biokompatible Keramikmatrix, welche in einem pharmazeutisch akzeptablen, fluiden Träger vorliegt und zumindest eine biologisch aktive Substanz, die aus Proteinen oder Medikamenten ausgewählt ist, wobei die Keramikmatrix Partikel beinhaltet, welche eine Größenverteilung im Bereich von 50 μm bis 250 μm aufweist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, welche ferner osteogene Faktoren oder Knochenmark beinhaltet.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Proteine einen Gewebewachstumsfaktor beinhalten.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, wobei der Gewebewachstumsfaktor TGF-β ist.
Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der pharmazeutisch akzeptable, fluide Träger ein organisches Polymer aufweist.
Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Keramikmatrix Partikel mit einer Größenverteilung im Bereich von 100 μm bis 200 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer injizierbaren Implantatzusammensetzung wie durch einen der vorhergehenden Ansprüche definiert, wobei das Verfahren beinhaltet, dass die Keramikmatrix und die biologisch aktive Substanz in dem pharmazeutisch akzeptablen, fluiden Träger kombiniert wird.
Eine Ausrüstung, die folgendes beinhaltet: eine Injektionsspritze, die mit einem Volumen einer injizierbaren Implantatzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 gefüllt ist.
Die Verwendung eines biokompatiblen Keramikmatrixmaterials bei der Herstellung einer injizierbaren Implantatzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Reparieren und Vermehren von weichen oder harten Geweben in einem lebenden Säugetier.