NL8402178A - Entstuk, geschikt voor behandeling door reconstructieve chirurgie van beschadigingen van beenachtig materiaal. - Google Patents

Description

«fc*. - si t VO 6461 Uitvinders:-Janwillem Leenslag • -Albert Johan Pennings * -René Pieter Hendrick Veth -ïïenricus Wilhelm Bernhard ________________________________Jansen.

Titel: Entstuk, geschikt voor behandeling door reconstructieve _chirurgie van beschadigingen van beenachtig materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op een entstuk, geschikt voor behandeling door reconstructieve chirurgie van beschadigingen aan beenachtig materiaal.

Volgens huidige inzichten wordt de meniscus als 5 een belangrijke component van het kniegewicht gewaardeerd bij beschadigingen waarvan het herstel of de preservering van het niet-beschadigde deel voorkeur geniet boven de chirurgische verwijdering van de meniscus. In dit kader is ervaren dat genezing van een beschadigde, bijvoorbeeld 10 gescheurde, meniscus slechts mogelijk is indien vascularisatie van de beschadiging mogelijk is. Voorts is proefondervindelijk bij dieren gebleken, dat door reconstructieve chirurgie, van wigvormige en longitudinale kwetsuren van de meniscus genezing wordt bereikt met behulp van een synoviale flap 15 en na implantering van een entstuk uit koolstofvezels (Clin. Orthop. 181 (1983) 250-254). Hoewel implantering van koolstof-vezels een veel belovende behandelingswijze van beschadigde menisci is gebleken, zijn toch technische onvolkomenheden aan het daglicht getreden, in de meeste gevallen betrekking 20 hebbend op een neiging tot dislocatie van de bundel koolstof-vezels.

Doel van de uitvinding is een entstuk waarmede een oplossing wordt geboden voor bovengenoemd nadeel en een versnelling wordt verkregen van de ingroei van weefsel 25 en vaten.

Volgens de uitvinding wordt daartoe een entstuk van de bovenvermelde soort verschaft die gekenmerkt is door een composiet uit al dan niet bio-afbreekbaar vezel-materiaal, opgenomen in een poreuze matrix van een bio-30 afbreekbaar organisch polymeer materiaal.

Als het bio-afbreekbare organische polymeermateriaal -voor de matrix kan gebruik worden gemaakt van een polyurethan-materiaal, bijvoorbeeld een polyetherurethan, een polyester- 8402178 -2- ? * urethan en een polyether-ureumurethan; een polylactidemateri-aal, .bijvoorbeeld een poly(L-lactide), een poly(D-lactide) en een poly(D,L-lactide) ; een polyglycolidemateriaal, bijvoorbeeld een polyglycolzuur en copolymeren, samengesteld uit de 5 verschillende lactidematerialen, glycolidematerialen en andere hydroxycarbonzuren alsmede homo- en copolymeren van aminozuren. Men kan de afzonderlijke polymeermaterialen of mengsels daarvan toepassen, eventueel met nog andere biologisch afbreekbare polymeermaterialen, bijvoorbeeld met een poreus 10 polyamidemateriaal.

Het vezelmateriaal ter versterking van het composiet volgens de uitvinding kan in de vorm van de losse vezels in de matrix worden opgenomen, echter ook in de vorm van een weefsel, breisel of een andere samen-15 hangende combinatie van de vezels. De volgens de uitvinding te gebruiken vezels kunnen al dan niet bio-afbreekbaar zijn en omvatten bijvoorbeeld koolstofvezels; polyetheenvezels van voldoende sterkte? poly(L-lactidevezels), al dan niet met toevoegingen, bijvoorbeeld klein-moleculige 20 toevoegsels of biologisch afbreekbare homo- en/of copolymeren? polyglycolidevezels; polyaramidevezels, bijvoorbeeld poly(p-aminobenzoëzuur)vezels ; polyamidevezels, bijvoorbeeld Nylon vezels, of vezels van glycolidelactide copolymeren.

In het composiet volgens de uitvinding kunnen 25 bijvoorbeeld ook materialen worden opgenomen die de bio-af-breekbaarheid van de matrix en de bio-afbreekbaarheid van de vezels kunnen versnellen, weefselingroeibevorderend zijn, een anti-bacteriele werking en/of pijnstillende werking kunnen bezitten. Voorbeelden van dergelijke materialen 30 zijn citroenzuur, natriumcitraat, salicylzuur, aspirine, wijnsteenzuur, magnesiumchloride en calciumfosfaat.

Gebleken is, dat het composiet volgens de uitvinding een produkt is dat naast bio-afbreekbare en biocompatibele eigenschappen bovendien microporeus is 35 en daardoor bij uitstek geschikt is voor het doen plaats- 8402178 «Ο -3- vinden van vascularisatie resp. weefselingroei zonder welke eigenschappen niet op een herstel van gescheurd beenmateriaal, 2oals het kraakbeenmateriaal van de meniscus, kan worden gerekend. Door het versterkende vezelmateriaal 5 volgens de uitvinding in te bedden in een matrix uit het bioafbreekbare organische polymeermateriaal blijkt tijdens het genezingsproces geen verplaatsing van. de vezels op te treden.

Hoewel in het voorgaande de eigenschappen 10 van het composiet volgens de uitvinding in het bijzonder aan de hand van de reconstructief-chirurgische behandeling van meniscusbeschadigingen is toegelicht, is de toepassing van het composiet niet daartoe beperkt.

• Een in de praktijk bruikbaar composiet 15 volgens de uitvinding voor herstel van grote wigvormige inscheuringen van de meniscus van honden is een entstuk gebleken uit een polyurethan-poly(L-lactide) organisch polymeermateriaal als de matrix in combinatie met. koolstofvezels. Het hieruit gevormde composiet was 20 bioafbreekbaar en -compatibel en voorts microporeus.

De uitvinding wordt aan de hand van het onderstaande voorbeeld nader toegelicht.

Voorbeeld A. De ter bereiding van het composiet in dit voorbeeld 25 gebruikte materialen.

Er werd gebruik gemaakt van een gesegmenteerd poly(ether-urethan), in de handel verkrijgbaar onder de handelsnaam Estane 5714F1 (Goodrich, Co., Breckville,

Ohio, U.S.A.).

30 Als polylactide werd poly(L-lactide) gebruikt (Mv= 3,5 x IQ5) , dat was gesynthetiseerd volgens een in de literatuur beschreven proces. (Polymer 2^3 (1982)1587)

Als versterkend materiaal werden in de handel verkrijgbare koolstofvezels gebruikt (Grafil EAS), 8402178

Jl' <V

-4- (Courtaulds, Ltd, Coventry, England).

Voorts werd natriumcitraat (Merck) in een lage concentratie aan de hierna te bereiden polymeerop-lossingen toegevoegd.

5 B. Het prepareren van de polymeeroplossingen en de koolstofvezels.

Het polyurethan werd 5 keer herprecipiteerd (3 keer uit N,N-dimethylformamide (DMP), vervolgens 10 1 keer uit tetrahydrofuran (THF) en tenslotte weer 1 keer uit DMF;).Ais precipitant werd telkens gedemineraliseerd water gebruikt. Het herprecipiteren werd bij kamertemperatuur uitgevoerd. Het neergeslagen polyurethan werd met ethanol (96%) gewassen en 1 nacht aan de ~^ 15 lucht gedroogd, en daarna nog 1 uur in een vacuumstoof bij T=50°C.

Er werden aparte poly (L-lactide)- en poly- urethanoplossingen bereid, die steeds vlak voor gebruik aan elkaar werden toegevoegd. Als oplosmiddel voor 20 beide polymeren werd een -mengsel van DMF en THF gebruikt (DMF:THF = 75:25% V/v ).De poly(L-lactide)-oplossing was verzadigd met natriumcitraat.

De totale polymeerconcentratie van de uiteindelijke w oplossing was 4% /v; de beide polymeren waren in 25 een verhouding polyurethan:poly(L-lactide)-80:20% W/w gemengd.

Het bij het in vivo onderzoek betrokken w composiet was bereid uit een 4% /v-oplossing. (Voor toepassingen waarbij grotere porieën vereist waren, 30 kon dit worden bereikt door de polymeeroplossingen verder te verdunnen. Zo leverd"e een verdunning van w bijvoorbeeld 4% /v een gem. porie-grootte van ± 100 ^im en een verdunning van 3% W/v een gem. porie-grootte 8402178 -5- van ± 250 jum) .

De koolstofvezels werden gedurende 24 uur bij kamertemperatuur geëxtraheerd met een aceton-THF mengsel (aceton:THF=50:50% V/v) en vervolgens aan 5 de lucht gedroogd. Hierna werden de vezels op de gewenste lengte gesneden.

C. Bereiding van de poreuze polymeervellen.

1. Zonder koolstofvezels.

10 (a) Een van een Teflon-laag voorziene buis werd gedurende 4 seconden in de uiteindelijke polymeer-oplossing gehouden (T=20°C)- (b) Vervolgens werd de buis gedurende 15- 20 seconden aan de lucht gedroogd, waarbij een roterende 15 beweging werd gemaakt.

(c) Hierna werd de buis in een niet-oplosmiddel (water, T=45°C) gedompeld; verblijftijd 2-3 minuten".

(d) Daarna werd de buis in koud water, gezet (T=10°C, verblijftijd 2 minuten) en vervolgens in 20 ethanol (96%), (verblijftijd;2 minuten); tenslotte werd de buis in water gedompeld (T=20°C, verblijftijd: 3 minuten).

(e) Hierna werd de buitenste polymeerlaag voorzichtig gedroogd met vloeipapier.

25 Aldus werd één poreuze polymeerlaag verkregen.

Deze bewerking werd herhaald tot een poreus polymeervel van de gewenste dikte en zonder koolstofvezels was verkregen.

30 2. Met koolstofvezels.

(a) Voor een bereidingswijze van een poreus polymeervel met koolstofvezels werden op de hierboven beschreven wijze 10 lagen van het polymeer op de buis aangebracht.

8402178 JP Λ- -6- (b) Vervolgens werden de koolstofvezels (2 lagen, kruislings over elkaar) op de buis bevestigd en het dompelbe-kledingsproces voortgezet met nog eens 10 polymeerlagen.

Volgens een andere methode werden 5 koólstofvezels in een laagje polymeeroplossing gelegd (2 lagen, kruislings over elkaar), waarna met een verstuiver het niet-oplosmiddel (water, T=45°C) werd toegevoegd.

Na de hierboven beschreven behandeling, werd dit geheel nog 4 keer herhaald. De koolstofvezels waren nu voldoende 10 gefiixeerd in de polymeermatrix om met dit matje het dompelbekledingsproces voort te zetten (zie C. (a)- (e)) -waarbij nu de opbouw aan beide kanten plaatsvond.

Het uiteindelijk.e composiet werd opgebouwd uit lagen van de poreuze vellen zoals verkregen onder 15 C. waarbij de polymeerveU^fcn met en zonder koolstofvezels beurtelings in het uiteindelijke composiet werden verwerkt. De hechting tussen de verschillende lagen w ' werd bewerkstelligd met een 1% /v-polymeeroplossing, waarbij het proces onder C. werd toegepast. Zodoende 20 werd het composiet op de gewenste afmetingen gebracht, van waaruit de uiteindelijke meniscus-prothese op maat kon worden gesneden.

Opgemerkt zij, dat behalve het genoemde mengsel DMF/THF 75:25% V/v, bijvoorbeeld ook DMF/1,4-25 dioxaan-mengsels (75:25% V/v) (of andere verhoudingen) kunnen worden toegepast. De daaruit verkregen materialen krijgen hierdoor een wat andere poreuze struktuur, die voor, orthopedische, toepassingen bijzonder geschikt kunnen zijn. Geschikte oplosmiddelen zijn verder ook 30 nog dimethylacetamide en dimethylsulfoxyde.

Op de hierboven aangegeven wijze en met behulp van de aangegeven uitgangsstoffen werd een 8402178 -7- «f -Λ composiet bereid op basis van een mengsel dat was samengesteld uit 95 gew% polyurethan en 5 gew% poly(L-lactide) onder toepassing van de in c. 2. a beschreven procedure. Het verkregen composiet was 5 microporeus met porie-afmetingen van 35-50 ^im.

Met het composiet werd een onderzoek verricht naar de genezingskansen van een ingescheurde meniscus, uitgevoerd aan een groep van 12 honden. Van elk van de honden was een meniscus chirurgisch voorzien van 10 een grote wigvormige insnijding, die ongeveer 30% van de meniscus besloeg.

Voor het herstel van de menisci werd het composiet dubbel gevouwen en vastgenaaid, vervolgens aangepast aan de feitelijke afmeting van de te behandelen 15 beschadigde meniscus en daarna in de. insnijding aangebracht en daarin vastgenaaid met 3-0 Dexon garen. De wond werd gesloten en de honden gelegenheid gegeven zo spoedig mogelijk weer te gaan lopen.

Vier weken na de operatieve ingreep werd 20 °P de daarvoor medisch geëigende wijze arthroscopisch, morfologisch en histologisch de voortgang van het genezingsproces geëvalueerd. Daarbij bleken op één" -geval na alle entstukken nog op hun plaats te zitten terwijl er over een aanmerkelijke afstand vanaf het 25 aanrakingsgebied van het entstuk met de omringende meniscus ingroei van vezelig fibro-kraakbeenachtig materiaal te hebben plaatsgevonden. In twee gevallen bleek reeds een volledige genezing van de meniscus te zijn opgetreden.

30 Na een periode van 14 tot 19 weken bleek het entstuk volledig in de meniscus te zijn opgenomen,

In een combinatie van een wigvormige en een longitudinale scheur van een meniscus is bij konijnen gebleken dat het aanbrengen van het entstuk in de 8402178 -8- genoemde beschadigingen van de meniscus tot nagenoeg volledig herstel aanleiding te hebben gegeven.

Samenvattend blijkt het composiet volgens de uitvinding tengevolge van de toepassing van de 5 organische polymeermatrix gemakkelijk hanteerbaar en wegens de microporeusheid daarvan ingroei van weefsel en vaten te bevorderen. Deze laatstgenoemde eigenschappen zijn volgens S.S.Arnockzy c.s., "The. microvasculature of the meniscus and its response to surgery", Am.

10 J. Sports med. 198 3) 131 ; R.P.H. Veth c.s., Clin. Orthop. 175 (1983) 259 en Clin. Orthop. 181(1983)212 , nocdzakelijk om genezing van een beschadigde meniscus mogelijk te maken.

- 34 0 2 1 7 8

Claims (10)

1. Entstuk, geschikt voor behandeling door reconstructieve chirurgie van beschadigingen aan beenachtig materiaal, gekenmerkt door een composiet uit al dan niet bio-afbreekbaar vezelmateriaal, opgenomen 5 in een poreuze matrix van een bio-afbreekbaar organisch polymeer materiaal.

2. Entstuk volgens conclusie 1, m e t bet kenmerk, dat het bio-afbreekbare organische polymeermateriaal een polyurethan-, een polylactide-, 10 een polyglycolide-, een polyamide-, een polyester- en/of een copoly (^-aminozuur)materiaal is.

3. Entstuk volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het polyurethanmateriaal een polyetherurethan, een polyesterurethan en/of 15 een polyether-ureumurethan is.

4. Entstuk volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het polylactidemateriaal een poly(L-lactide), een poly(D-lactide) en/of een poly(D/L-lactide) is.

5. Entstuk volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het polyglycolidemateriaal polyglycolzuur is.

6. Entstuk volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het polyamidemateriaal . . 25 een poreus polyamide is.

7. Entstuk volgens conclusie 1, m e t 34 02 1 7 8 «*· -10- h e t kenmerk, dat het het vezelmateriaal in de vorm van losse vezels en/of in de vorm van een samenhangende combinatie van vezels bevat en als het vezelmateriaal kool-stofvezels, polyetheenvezels, poly(L-lactide)vezels, poly-5 glycolidevezel's, polyaramidevezels, polyamidevezels en/of vezels van glycolide-lactide copolymeren als ook vezels van andere poly hydroxy-carbonzuren) , een poly (jï>-methy l-propiolactón) , poly (dioxanon) , polyglycine en andere poly (o4-aminozuren), polypropeen en polyesters toepasbaar zijn.

8. Entstuk volgens conclusie 7, m e t het kenmerk, dat de poly(L-lactide)vezels klein-moleculige toevoegsels en/of biologisch afbreekbare homo- en/of copolymeren bevat.

9. Entstuk volgens conclusie 1, m e t het 15 kenmerk, dat het organische materiaal bereid is uit een mengsel van een polyurethan, een poly(L-lactide) en een polyamide in verschillende verhoudingen.

10. Entsuk volgens conclusie 9, m e t het kenmerk, dat het organische materiaal bereid is 20 uit ongeveer 80-95% polyurethan en 20-5% poly(L-lactide). 8402178