DE102016007126A1 - Element of an implant for the musculoskeletal system, in particular element of a knee or hip joint prosthesis - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element eines Implantates für den Stütz- und Bewegungsapparat insbesondere Element einer Knie- oder Hüftgelenkprothese mit einer zum An- bzw. Einwachsen von Knochenzellen ausgebildeten Oberfläche und einer Funktionsfläche zur Lagerung eines Gegenelementes der Knie- oder Hüftgelenkprothese, bei dem die zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche mit einer Schicht aus Calciumhydroxit (Ca(OH)2) versehen ist.The present invention relates to an element of an implant for the musculoskeletal system and in particular element of a knee or hip joint prosthesis with a trained for ingrowing or ingrowth of bone cells surface and a functional surface for supporting a counter-element of the knee or hip joint prosthesis, in which the Ingrowth of bone cells formed surface with a layer of calcium hydroxide (Ca (OH) 2) is provided.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element eines Implantates für den Stütz- und Bewegungsapparat insbesondere Element einer Knie- oder Hüftgelenkprothese.The present invention relates to an element of an implant for the musculoskeletal system, in particular an element of a knee or hip joint prosthesis.

Solche Elemente bzw. Implantates für den Stütz- und Bewegungsapparat sind beispielsweise als Elemente für die Knie- bzw. Hüftgelenkprothetk allgemein bekannt. Die Elemente haben eine Funktionsfläche zur Lagerung eines Gegenelementes z. B. der Knie- oder Hüftgelenkprothese. Im Falle einer Hüftgelenkprothese ist das eine Element eine in den Hüftknochen einzuschraubende Pfanne und das andere Element ein in den Oberschenkelhals einbringbarer Dorn. Diese Elemente haben dementsprechend eine zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche. Diese Oberfläche kommt unmittelbar mit den Knochenzellen in Kontakt. Die zuvor erwähnte Funktionsfläche zur Lagerung des Gegenelementes muss nicht notwendigerweise unmittelbar mit dem Gegenelement nach Art einer Reibpaarung zusammenwirken. Die Gegenfläche kann beispielsweise durch einen Zapfen des Elementes gebildet werden, auf den eine Kugel, beispielsweise eine Aluminiumoxidkugel aufgepresst werden kann. Die Funktionsfläche kann auch eine Höhlung innerhalb des Elementes zur Aufnahme eines die Kugel aufnehmenden Einsatzes sein.Such elements or implants for the musculoskeletal system are generally known, for example, as elements for the knee or hip joint prosthesis. The elements have a functional surface for supporting a counter element z. B. the knee or hip joint prosthesis. In the case of a hip joint prosthesis, one element is a socket to be screwed into the hip bone and the other element is a mandrel insertable into the femoral neck. Accordingly, these elements have a surface formed for ingrowth of bone cells. This surface comes into direct contact with the bone cells. The aforementioned functional surface for supporting the counter element does not necessarily interact directly with the counter element in the manner of a friction pairing. The mating surface can be formed for example by a pin of the element, on which a ball, for example an aluminum oxide ball can be pressed. The functional surface may also be a cavity within the element for receiving a ball-receiving insert.

Bei der Implantation der zuvor erwähnten Elemente besteht mitunter das Problem, dass Infektionen in den Operationsbereich miteingebracht werden. Bei einer solchen Infektion ist zu befürchten, dass das Implantat gerade nicht mit dem Knochen verwächst. Vielmehr ist zu befürchten, dass aufgrund der Infektion das Element seine gewünschte Aufgabe nicht erfüllen kann, gegebenenfalls bei mechanischer Belastung herausbricht oder herauseitert.In the implantation of the aforementioned elements, there is sometimes the problem that infections are brought into the surgical area. In such an infection, it is to be feared that the implant just does not grow together with the bone. Rather, it is to be feared that due to the infection, the element can not fulfill its desired task, possibly breaks out or escapes under mechanical stress.

Die vorliegende Erfindung will eine Lösung zu dem obigen Problem angehen. Dazu will die vorliegende Erfindung ein verbessertes Element der eingangs genannten Art vorschlagen. Des Weiteren will die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elementes angehen.The present invention seeks to address a solution to the above problem. For this purpose, the present invention proposes an improved element of the type mentioned. Furthermore, the present invention seeks to address a method of manufacturing such an element.

Nach dem vorrichtungsmäßigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zur Lösung des obigen Problems die das An- bzw. Einwachsen von Knochenzellen erlaubende Oberfläche des Elementes mit einer Hydroxylapatit versehen. Hydroxylapatit ist vorzugsweise vollflächig als Beschichtung auf der gesamten Oberfläche vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das gesamte Element mit Hydroxylapatit überzogen. Es hat sich herausgestellt, dass die Beschichtung des Elementes mit Hydroxylapatit das Einwachsen von Knochenzellen begünstigt. Vielmehr aber noch ist es zu bevorzugen, Calciumhydroxit, welches keimtötend wirkt, als Vorgängermaterial zu Hydroxylapatit auf die zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche aufzubringen. Dabei wird vorzugsweise mit Blick auf das Problem einer Keimeinbringung mit dem zu implantierenden Element die gesamte Oberfläche des Elementes mit Calciumhydroxit beschichtet. Wie sich weiterhin herausgestellt hat, erfolgt in einem physiologischen Medium, d. h. nach Implantation des Elementes in dem Körper eine Umwandlung des Calciumhydroxits in Hydroxylapatit. Diese Umwandlung vollzieht sich innerhalb weniger Tage in vivo. Calciumhydroxit ist also vor der Implantation und Hydroxylapatit wenige Tage nach der Operation auf der Oberfläche vorgesehen.According to the device-related aspect of the present invention, in order to solve the above problem, the surface of the element allowing the ingrowth of bone cells is provided with a hydroxyapatite. Hydroxylapatite is preferably provided over the entire surface as a coating on the entire surface. According to a preferred embodiment of the present invention, the entire element is coated with hydroxyapatite. It has been found that the coating of the element with hydroxyapatite favors the ingrowth of bone cells. Rather, it is still preferable to apply calcium hydroxide, which acts germicidal, as a precursor to hydroxyapatite on the surface formed for the ingrowth of bone cells. In this case, preferably with regard to the problem of germ introduction with the element to be implanted, the entire surface of the element is coated with calcium hydroxide. As has further been found, in a physiological medium, i. H. after implantation of the element in the body, conversion of the calcium hydroxide to hydroxyapatite. This transformation takes place within a few days in vivo. Calcium hydroxide is thus provided on the surface a few days after the operation prior to implantation and hydroxyapatite.

Das Aufbringen von Calciumhydroxit erfolgt in dem elektrolytischen Bad vorzugsweise bei Temperaturen von zwischen 20°C und 80°C. Das Elektrolyt besteht vorzugsweise aus Calciumnitrat, Ammoniumdihydrogenphosphat und Zitronensäure.The application of calcium hydroxide is carried out in the electrolytic bath preferably at temperatures of between 20 ° C and 80 ° C. The electrolyte is preferably calcium nitrate, ammonium dihydrogen phosphate and citric acid.

Während das Element als Kathode dient, wird üblicherweise die Anode aus Platin gebildet. Das Element kann aus Titan oder Kobalt-Chrom bestehen bzw. eine aus diesen Werkstoffen gebildete Oberfläche haben.While the element serves as a cathode, the anode is usually formed of platinum. The element may consist of titanium or cobalt-chromium or have a surface formed from these materials.

Vorzugsweise erfolgt eine kathodische Abscheidung von Calciumhydroxit in einem elektrolytischen Bad bei einer bestimmten Stromdichte, die bevorzugt auf zwischen 80 und 120 mA/cm2 eingestellt wird. Das Elektrolyt für die Verfahrensdurchführung setzt sich bevorzugt zusammen aus Ca(NO3)2 und (NH4)H2PO4 sowie Zitronensäure. Diese Verfahrensführung wird mit dem Ziel durchgeführt, eine Calciumhydroxit-Beschichtung auf der Oberfläche des Elementes mit einer Schichtdicke von maximal ca. 20 μm, d. h. mit einer Schichtdicke von bevorzugt zwischen 10 und 20 μm zu erzielen. Mit einer solchen Beschichtung kann die Besiedlung von Keimen auf der Oberfläche des Elementes zurückgehalten werden. Die zuvor erwähnte Schichtdicke kann unter den genannten Bedingungen bei Temperaturen von zwischen 20°C und 80°C bei einer Behandlungsdauer von ca. 30 min erreicht werden. Aufgrund der fehlenden Stabilität der Calciumhydroxitschicht auf der Oberfläche des Elementes wird das Element unmittelbar nach dem Abscheiden von Calciumhydroxit unter destilliertem Wasser abgespült. So wird dafür Sorge getragen, dass nach der Beschichtung mit die gesamte Oberfläche Calciumhydroxitschicht mit überzogen ist und sich noch kein nennenswertes Zersetzungsprodukt desselben gebildet hat.Preferably, a cathodic deposition of calcium hydroxide in an electrolytic bath at a certain current density, which is preferably set to between 80 and 120 mA / cm 2 . The electrolyte for carrying out the process is preferably composed of Ca (NO 3 ) 2 and (NH 4 ) H 2 PO 4 and also citric acid. This procedure is carried out with the aim of achieving a calcium hydroxide coating on the surface of the element with a layer thickness of at most approximately 20 μm, ie with a layer thickness of preferably between 10 and 20 μm. With such a coating, the colonization of germs on the surface of the element can be retained. The aforementioned layer thickness can be achieved under the stated conditions at temperatures of between 20 ° C and 80 ° C with a treatment time of about 30 min. Due to the lack of stability of the Calciumhydroxitschicht on the surface of the element, the element is rinsed immediately after the deposition of calcium hydroxide under distilled water. Thus, it is ensured that after coating with the entire surface of calcium hydroxide layer is coated with and no appreciable decomposition product has formed.

Die Beschichtung erfolgt üblicherweise zum Ende der Herstellung des Implantates bzw. des Elementes. Danach wird das so hergestellte Implantat, die so hergestellte Endoprothese sterilisiert und steril verpackt und an den Operateur abgegeben.The coating is usually carried out at the end of the production of the implant or of the element. Thereafter, the implant thus produced, the endoprosthesis thus produced is sterilized and packaged sterile and delivered to the surgeon.

Wie sich herausgestellt hat, erfolgt in einem physiologischen Medium, d. h. nach Implantation des Elementes in dem Körper eine Umwandlung des Calciumhydroxits in Hydroxylapatit. Diese Umwandlung vollzieht sich innerhalb weniger Tage. Aufgrund dieser Umwandlung in vivo ergibt sich eine knochenartige Oberfläche des Elementes dort, wo die Knochenzellen mit dem Element verwachsen sollen. Die Knochenzellen finden dementsprechend eine sehr gute Oberfläche zum Einwachsen an dem Element vor, so dass nicht nur Entzündungen durch Einbringen von Bakterien bei der Operation vermieden, sondern durch das erfindungsgemäße Vorgehen auch ein verbessertes Einwachsen des Elementes erreicht wird.It has been found that in a physiological medium, i. H. after implantation of the element in the body, conversion of the calcium hydroxide to hydroxyapatite. This transformation takes place within a few days. Due to this in vivo conversion, a bone-like surface of the element results where the bone cells are supposed to grow together with the element. Accordingly, the bone cells find a very good surface for ingrowth on the element, so that not only avoid inflammation by introducing bacteria during surgery, but also achieved by the procedure according to the invention an improved ingrowth of the element.

Claims (10)

Element eines Implantates für den Stütz- und Bewegungsapparat insbesondere Element einer Knie- oder Hüftgelenkprothese mit einer zum An- bzw. Einwachsen von Knochenzellen ausgebildeten Oberfläche und einer Funktionsfläche zur Lagerung eines Gegenelementes der Knie- oder Hüftgelenkprothese, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche mit einer Schicht aus Calciumhydroxit (Ca(OH)2) versehen ist.Element of an implant for the musculoskeletal system, in particular element of a knee or hip joint prosthesis with a trained for ingrowing or ingrowth of bone cells surface and a functional surface for supporting a counter-element of the knee or hip joint prosthesis, characterized in that for ingrowth of bone cells formed surface with a layer of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is provided. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Calciumhydroxit (Ca(OH)2) aus einem elektrolytischen Bad auf die zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche abgeschieden ist.Element according to claim 1, characterized in that calcium hydroxide (Ca (OH) 2) is deposited from an electrolytic bath on the surface formed for ingrowth of bone cells. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche in vivo mit einer Schicht aus Hydroxylapatit versehen ist, das aus dem Calciumhydroxit als Vorgängermaterial umgewandelt ist.Element according to claim 1 or 2, characterized in that the surface formed for the ingrowth of bone cells is provided in vivo with a layer of hydroxyapatite, which is converted from the calcium hydroxide as precursor material. Verfahren zur Herstellung eines Element eines Implantates für den Stütz- und Bewegungsapparat insbesondere eines Elements (8) einer Knie- oder Hüftgelenkprothese, bei dem ein Grundkörper des Elementes hergestellt wird, der eine zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche (4) und eine Funktionsfläche zur Lagerung eines Gegenelementes der Knie- oder Hüftgelenkprothese ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche mit Calciumhydroxit (Ca(OH)2) beschichtet wird.Method for producing an element of an implant for the musculoskeletal system, in particular of an element ( 8th ) of a knee or hip joint prosthesis, in which a basic body of the element is produced, which has a surface formed for ingrowth of bone cells ( 4 ) and forms a functional surface for supporting a counter-element of the knee or hip joint prosthesis, characterized in that the surface formed for ingrowth of bone cells with calcium hydroxide (Ca (OH) 2) is coated. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Calciumhydroxit (Ca(OH)2) aus einem elektrolytischen Bad auf die zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche abgeschieden wird.A method according to claim 4, characterized in that calcium hydroxide (Ca (OH) 2) is deposited from an electrolytic bath on the surface formed for ingrowth of bone cells. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxit (Ca(OH)2) bei einer Badtemperatur von zwischen 20°C und 80°C auf die zum Einwachsen von Knochenzellen ausgebildete Oberfläche aufgebracht wird.Method according to one of claims 4 or 5, characterized in that the calcium hydroxide (Ca (OH) 2) is applied at a bath temperature of between 20 ° C and 80 ° C on the surface formed for ingrowth of bone cells. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad ein Elektrolyt bestehend aus Calciumnitrat (Ca(NO3)2), Ammoniumdihydrogenphosphat ((NH4)H2PO4) und Zitronensäure ist.Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the bath is an electrolyte consisting of calcium nitrate (Ca (NO3) 2), ammonium dihydrogen phosphate ((NH4) H2PO4) and citric acid. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode aus Platin gebildet ist.Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that the counter electrode is formed of platinum. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxit (Ca(OH)2) in Hydroxylapatit umgewandelt wird.Method according to one of claims 4 to 8, characterized in that the calcium hydroxide (Ca (OH) 2) is converted into hydroxyapatite. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad zwischen 0,08 und 0,09 Mol Calciumnitrat (Ca(NO3)2), zwischen 0,02 und 0,03 Mol Ammoniumdihydrogenphosphat ((NH4)H2PO4) und zwischen 0,045 und 0,055 Mol Zitronensäure hat.Process according to any one of Claims 4 to 9, characterized in that the bath contains between 0.08 and 0.09 mol of calcium nitrate (Ca (NO3) 2), between 0.02 and 0.03 mol of ammonium dihydrogen phosphate ((NH4) H2PO4) and between 0.045 and 0.055 moles of citric acid.
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