SE519566C2 - Förfarande för behandling av implantat genom beläggning med kalciumfosfat och bentillväxtstimulerande medel - Google Patents

Description

20 25 30 t - . . - u 519 566 2 Det är angeläget att i och för sig kända beläggningar och medel och förfaranden kan utnytt- jas så att eftersträvade resultat blir entydiga. Uppfinningen avser att lösa även denna pro- blematik.

Det föreligger således vid vissa behandlingssituationer behov av att kunna tillföra och styra förhållandevis stora mängder bentillväxtstimulerande och bentillväxtbibehållande medel eller substanser, TS. Genom uppfinningen föreslås t.ex. över- och underordnade depåer för nämnda beläggningar eller substanser. Det är därvid ett problem att kombinera oxidskiktsuppbyggnaden med skikten för CaP/HA och TS så att effektivast möjliga resultat erhålles i de olika personindividuella fallen. Uppfinningen löser även detta problem.

Det som huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för ett förfarande enligt uppfin- ningen är utnyttjandet av tre efier varandra vidtagna behandlingssteg. I det första behandlingssteget skall hela eller delar av implantatets ytterytor oxideras med ett skikt med väsentlig tjocklek, varmed här menas en tjocklek över ca 5 um, och med en väsentlig porvolym eller porositet. Det andra steget avser applicering av kalciumfosfatförening(- ar)/CaP, företrädesvis i fonn av hydroxyappatit/HA, på den porösa eller porvolymsstora ytan eller ytorna. l det tredje steget appliceras bentillväxtstimulerande medel/substans/T S, på det med CaP företrädesvis färdigpålagda skiktet. l vidareutvecklingar av det nya förfarandet förses en eller flera ytor på implantatet med det nämnda oxidskiktet som belägges med endera kalciumfosfatförening(-ar) eller nämnda bentillväxtstimulerande beläggningar eller medel. En eller flera andra ytor kan därvid på ifrågavarande oxidskikt beläggas med bentillväxtstimulerande medel eller nämnda kal- ciumfosfatförening(-ar) så att de första och andra ytorna uppvisar oxidskikt av nämnt slag men där oxidskiktet är belagt olika, dvs. med bentillväxtstimulerande beläggning(-ar) eller medel i ena fallet och kalciumfosfatförening(-ar) i det andra fallet.

Det som huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för ett implantat enligt uppfin- ningen är bl.a. att hela eller delar av implantatets utsida är anordnad eller anordnade med ett oxidskikt med väsentlig tjocklek och med ett porarrangemang som i en utföringsforrn 10 15 20 25 30 . . » | <- 5'l9 566 3 kan uppvisa väsentlig porositet eller porvolym. Porarrangemanget är därvid anordnat att motta ett eller flera första skikt av CaP-beläggningar. På porarrangemanget, ovanpå nämnda skikt av CaP/HA är anordnade andra skikt av bentillväxtstimulerande medel/substanser/TS.

I vidareutvecklingar av uppfinningen fungerar det mellanliggande skiktet eller skikten av CaP/HA med dubbla funktioner, varvid i en forsta funktion ifrågavarande skikt tillsam- mans med det porösa och tjocka oxidskiktet bildar depå eller förrådsbas för det utanpå- liggande skiktet av TS. Dessutom ingår skiktet av CaP/HA i den bentillväxtstimulerande eller bentillväxtbibehållande funktionen, varvid CaP/HA-skiktet eller skikten arbetar företrädesvis med längre tidsperspektiv för sina utlösningar i förhållande till skikten med TS.

I ytterligare vidareutvecklingar av uppfinningstarlken uppvisar implantatet första och andra ytor som är oxidskiktsförsedda men som respektive är försedd med endera CaP/HA eller TS så att olika skiktuppbyggnader eller beläggningar föreligger vid de första och andra ytoma. I en föredragen utföringsform kan CaP-beläggningen ha en tjocklek inom området några Ångström och 20 um. TS-skiktet uppvisar företrädesvis en tjocklek mellan några få Ångström och 1 um. CaP uppvisar en vald kristalliseringsgrad. CaP-skiktet kan appliceras med hjälp av sputtering (t.ex. magnetronsputtering) av en ursprunglig väsentligen amorf CaP-substans och därefter efterföljande värmebehandling. Vid implantatmaterial av t.ex. titan sker appliceringen och värmebehandlingen av CaP så att fördjupningar erhålles i CaP- skiktet, vilket kan bidra till förankringen av det utanpåliggande TS-skiktet.

Ytterligare särdrag av uppfinningen framgår av de efterföljande patentkraven. Genom det i ovanstående föreslagna erhålles möjligheter att tillgodose behandlingsfall där det krävs maximal mängd av tillväxtstimulerande medel eller substanser som skall kunna medbäras implantatet. Oxidskiktets uppbyggnad ger i sig tillväxt- och beninväxtbefrärnjande egen- skaper som nu kan kompletteras med beläggningar, substanser och medel av nämnt slag.

Tidsaspekten vid beläggningarnas, medlens eller substansemas utlösning i implanterat läge kan beaktas inom vida gränser. Olika partier av implantatet kan enligt uppfinningen förses 10 15 20 25 30 . . 1 , . n 519 566 4 med olika kombinationer av oxidskikt, CaP och TS, vilket kan ge önskade läkningseffekter och tillväxteffekter på olika nivåer eller omkretssträckningar på implantatet/käkbenet.

Beprövad teknik kan utnyttjas.

För närvarande föreslagna utfóringsfonner av ett förfarande och ett implantat enligt upp- finningen skall beskrivas i nedanstående under samtidig hänvisning till bifogade ritningar där figuren 1 mycket stark förstoring visar ett vertikalsnitt av implantatet och en på detta anordnad oxidskiktsdel i samverkan med ett ben, t.ex. ett käkben, figur2 principiellt och schematiskt visar framställning av ett implantat ur ett ämne, figurer 3-6 visar olika behandlingssteg av det i figuren 2 framställda implantatet, och i vertikalvy och principiellt visar ett implantat som behandlats i nämnda figur 7 steg enligt figurerna 3-6.

I figuren 1 är ett implantat, eller hellre delar av ett implantat, visat med 1. Implantatet är på i och för sig känt sätt anordnat i ett delvis visat käkben 2. Implantatet uppvisar en icke oxiderad del la och ett oxidskikt lb. Oxidskiktet har en framträdande eller väsentlig tjocklek T. Oxidskiktet är anordnat med ett porarrangemang där i figuren 1 ett antal porer 2, 3, 4 och 5 visats. Porema förgrenar sig inåt från ytskiktets utsida lb' till skiktets insida lb” som övergår i nämnda solida del la. I föreliggande fall föreligger porkanaler som avsmalnar inåt från utsidan mot oxidskiktets inre delar lb”. Nämnda avsmalnande pordelar har angivits med 6, 7, 8, 9, 10, 11. I enlighet med uppfinningstanken kan utseendet på porema och kanalerna i skiktet varieras väsentligt i beroende på framställningsmetod och parametrar i denna för oxidskiktsframställningen. I enlighet med uppfinningens idé skall porarrangemanget först förses med ett eller flera skikt av kalciumfosfatfóreringar CaP.

Nämnda beläggning av CaP har i figuren 1 indikerats med 12. Beroende på 10 15 20 25 30 « n - . r . 519 566 5 appliceringsmetod för CaP-skiktet kan skiktet eller skikten förses med olika tjocklekar, vilket framgår av figuren. Således indikeras med 2a och 2b att tjockare skikt av CaP föreligger vid delar av CaP-skiktets sträckning. Utanpå närrmda CaP-skikt har applicerats ett eller flera skikt av TS-substans 13. Beroende på sträckningen på oxidskiktet vid dettas utsida kan skiktet 13 anta olika tj ocklekar. I föreliggande fall har visats ett exempel där TS- skiktet har större tjocklek än CaP-skiktet eller skikten. I andra utföringsexempel kan fallet med tjocklekarna vara omvänt.

TS-substansen 13 kan utgöras av någon av de bentillväxtstimulerande medel eller substanser som nämnts inledningsvis, exempelvis BMP, företrädesvis rhBMP-2 och/eller rhBMP-7 I figuren 1 har även angivits att kropps- eller käkbenssubstanser frigöras efter en tids inplacering av implantatet i käkbenet. Detta har visats med pilar 14 riktade mot implan- tatet. I enlighet med uppfinningen skall substanserna eller medlen i eller på implantatet utlösas i motsatt riktning. Frisättning av kroppssubstanser och utlösning av implantatets beläggningar (TS) har angetts med pilar 15. Då en viss utlösning skett av ifrågavarande yttre TS skikt igångsättes utlösningen av CaP-skiktet eller skikten, vilket indikerats med streckade pilar 16. Substansema passerar i utrymmet eller spalten mellan käkbenet och implantatet, vilken spalt kommer att utfyllas av bentillväxt i käkbenet 2. Nämnda bentillväxt förorsakar även att käkbenet växer in i porsystemet och vid utlösning av såväl TS-skiktet som CaP-skiktet träder bentillväxten i samverkan med porsystemet och titanoxiden i detta, vilket i enlighet med ovan i sig även stimulerar bentillväxten.

I figuren 2 anges principiellt med 18 en framställningsutrustning eller framställningsstation för implantat. Framställningen sker genom bearbetning av ämnen i vävnadsvänligt material, företrädesvis i form av titan 19. Ett dylikt ämne har angivits med 19. Från stationen 18 erhålles ett implantat 20 som skall vidarebehandlas i funktionsstegen enligt figurerna 3, 4, 5 och 6. 10 15 20 25 30 < » . . i t 519 566 6 I figuren 3 framställes oxidskiktet på hela eller delar av implantatet 20 medelst anodisk oxidation som är en elektrokemisk metod. Aktuella ytor på implantatet frilägges så att vid neddoppning i en behållare 21 med elektrolyt 22 oxidering sker av ifrågavarande ytor.

Metoden i sig är känd och skall inte beskrivas närmare här. Det skall dock anges att metoden utnyttjar en spärmingskälla 23 och en katod 24. Före behandlingen i stationen enligt figuren 3 har implantatet mekaniskt bearbetats genom svarvning, fräsning, polering, etsning, etc. De delar av implantatet som inte skall föres med oxidskikt avmaskas på i och för sig känt sätt. Oxidskiktets uppbyggnad kan påverkas med ett flertal parametrar i processen, t.ex. elektrolytens sammansättning och temperatur, pålagd spänning och ström, elektrodgeometri, behandlingstid, etc. Stationen som sådan är i figuren 3 angiven med 24.

Efler färdigställandet i stationen 24 överförs implantatet 20 till stationen 25 enligt figuren 4. Implantatets ytdelar 20a eller aktuella ytdelar skall helt eller delvis förses med film- eller skiktliknande beläggning eller beläggningar. Detta kan ske på i och för sig känt sätt i en kammare 26 och beläggningsappliceringen kan ske medelst s.k. ”RF-sputtering” eller ”magnetron-sputtering”. Det kan härvid hänvisas bl.a. till PCT-ansökan WO 98/48862. I kammaren appliceras eller påsputtras en eller flera kalciumfosfatföreringar 27 på implantatets aktuella yta eller ytdelar. Därefter överföres implantatet 20 till en ugn 28, i vilken implantatet underkastas värmebehandling. Temperaturer om t.ex. 600°C och tider för behandling i mättad vattenånga kan väljas. Värmebehandlingen ger en delvis kristallisering av den i kammaren 26 påförda beläggningen. I föreliggande fall väljes en lämplig kristalliseringsgrad mellan 25-75%, vilken skall relationsställas till kristalliseringsgraden 0% som är hänförbar till röntgenamorf yta där ifrågavarande kom- storlek är högst ca 50 nm. Kristalliseringsgraden kan vara t.ex. 25-75% eller 75-100%. Vid t.ex. tre skikt eller beläggningar kan kristalliseringsgraden i skikt 1 vara 75-100% och i skikt 2 vara 25-100%, medan skiktet 3 är amorfi.

Efter genomförd behandling i ugnen 29 överföres implantatet 20 till stationen enligt figu- ren 6 för påläggning av TS enligt ovan. Enligt figuren 6 utnyttjas en behållare 30, i vilken en lösning av TS är angiven med 31. Doppningen sker under en vald tid som relationsställes till TS-skiktets utlösningsfunktion (våtkemisk utfällning) på implantatet, torktid och/eller annan pararneter. 10 15 20 . > . . f . 519 566 I figuren 7 visas det färdigbehandlade implantatet. Implantatet kan t.ex. innefatta tre olika ytor 32, 33, 34, varvid samtliga ytor är försedda med det Omnämnda oxidskiktet, en första yta 32 är försedd med endast CaP, en andra yta 33 är försedd med endast TS och ytan 34 är försedd med både CaP och TS enligt figuren 1.

CaP-beläggningen kan ha en tjocklek inom området några få Ångström och 20 pm, medan TS-skiktet kan ha en tjocklek mellan några få Ångström och 1 pm. Nämnda värden skall därvid ses som genomsnittsvärden (ifr skiktet 13 i figuren 1). Oxidskiktet kan uppvisa en ytråhet inom intervall av 0,4-5 pm. Oxidskiktet är höggradigt poröst med ett antal av 1 x 107 - 1 x 1010 porer/cmz. Respektive oxidskiktsyta uppvisar huvudsakligen porer med diameterstorlekar inom intervallet 0,1-10 pm och/eller en total porvolym som ligger inom ett område av 5 x 104 och 106 cm3. De inre skikten kan ha högre kristalliseringsgrad än utanpåliggande skikt och således kan det innersta CaP-skiktet ha en kristalliseringsgrad av 75-100%.

Uppfinningen är inte begränsad till den i ovan såsom exempel visade utföringsforrnen utan kan underkastas modifikationer inom ramen fiör efterföljande patentkrav och uppfin- ningstanken.

Claims (15)

10 15 20 25 30 \ | . . x i- 519 566 s PATENTKRAV.

1. Förfarande för att vidarebehandla implantat (20) i vävnadsvänligt material, företrädesvis titan, och tillverkat ur ett ämne (19) av materialet, k ä n n e t e c k n at därav: a) att hela eller delar av implantatets ytterytor oxideras med ett skikt med väsentlig tjocklek, företrädesvis med en tjocklek av över 5 um och med en väsentlig porositet eller porvolym, b) att kalciumfosfatförening(-ar)/CalP, företrädesvis i fonn av hydroxyappatit/ /HA, påföres på den porösa ytan, och c) att därefter bentillväxtstimulerande medel/substans (TS) appliceras utanpå eller ovanpå kalciumfosfatföreningenßarna), företrädesvis efter det att den eller de senare fárdigpålagts eller färdigtorkats.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at därav, att en eller flera forsta ytor förses med nämnda oxidskikt som belägges med endera kalciumfosfatförening(- ar) eller nämnda bentillväxtstimulerande medel.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att en eller flera andra ytor utformas med nämnda oxidskikt som belägges med bentillväxtsti- mulerande medel eller nämnda kalciumfosfatförening(-ar), varvid de första och andra ytoma (32, 33) får olika uppbyggnader/behandlingar.

4. Implantat i vävnadsvänligt material, företrädevis titan, k ä n n e t e c k n a t av följande kombinationselement: a) att hela eller delar av implantatets utsida är anordnat med ett oxidskikt (lb) av väsentlig tjocklek och med ett porarrangemang som uppvisar väsentlig porositet eller porvolym, 10 15 20 25 30 519 566 b) att på porarrangemanget är anordnat ett eller flera första skikt eller beläggningar av kalciumfosfatförening eller kalciumfosfatföreningar (CaP), och c) att på porarrangemanget, ovanpå nämnda första skikt är anordnat ett andra skikt av bentillväxtstimulerande medel/substans (TS), företrädesvis BMP, t.ex. rhBMP-2 eller rhBMP-7.

5. Implantat enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n at därav, att skiktet (2) av CaP, t.ex. HA, är anordnat med dubbla funktioner, dels att tillsammans med det porösa och tjocka oxidskiktet bilda depå eller förrådsbas fór det utanpåliggande skiktet av tillväxtstimulerande medel eller substans (TS), dels ingå i den bentillväxtstimulerande funktionen, varvid CaP-skiktet arbetar företrädesvis med längre tidsperspektiv än det som gäller för skiktet eller skikten med bentillväxtstimulerande medel (TS).

6. Implantat enligt patentkravet 4 eller 5, k ä n n e t e c k n at därav, att första ytor som uppvisar nämnda oxidskikt är belagda med endera CaP eller med TS.

7. Implantat enligt patentkravet 4, 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att andra ytor är belagda med CaP eller TS och att oxidskiktets kombination med CaP eller TS skiljer sig från den eller de första ytornas kombination.

8. Implantat enligt patentkravet 4, 5, 6 eller 7, k ä n n e t e c k n at därav, att tredje ytor saknar poröst oxidationsskikt och är belagda med CaP och TS eller CaP eller TS enbart.

9. Implantat enligt något av patentkraven 4-8, k ä n n e t e c k n at därav, att oxidskiktet bildar en huvuddepå för CaP/HA och TS och CaP/HA-skiktet bildar en underordnad förankringsdepå för TS. 10 15 20 519 566 10

10. Implantat enligt något av patentkraven 4-9, k ä n n e t e c k n a t därav, att CaP-beläggningen har en tjocklek inom området några Ångström och 20 pm och att respektive TS-skikt har en tjocklek mellan några få Ångström och l pm.

11. ll. Implantat enligt något av patentkraven 4-10, k ä n n e t e c k n a t därav, att respektive CaP-skikt utgör påsputtrad väsentligen arnorf CaP-substans på en CaP-yta eller implantatyta vilken uppvisar olika grad av kristallinitet medelst en efterföljande värmebehandling.

12. Implantat enligt något av patentkraven 4-11, k ä n n e t e c k n at därav, att CaP-skiktet är utfört med fördjupningar som bidrar till att öka fasthållningen av TS i CaP- skiktet.

13. Implantat enligt något av patentkraven 4-12, k ä n n e t e c k n at därav, att CaP-skiktet uppvisar en kristalliseringsgrad av 25-75%.

14. Implantat enligt något av patentkraven 4-12, k ä n n e t e c k n a t därav, att ClP-skiktet eller -beläggningen uppvisar en kristalliseringsgrad av 75-100%.

15. Implantat enligt något av patentkraven 4-12, k ä n n e t e c k n at därav, att skikt med olika kristalliseringsgrader föreligger, och att vid t.ex. tre skikt det forsta skiktet uppvisar en kristalliseringsgrad av 75-100%, det andra skiktet uppvisar en kris- talliseringsgrad av 25-75% och det tredje skiktet är amorfi.