DE102017126149A1

DE102017126149A1 - Wirkstoffhaltiger Schichtverbund sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102017126149A1
Application number: DE102017126149.4A
Authority: DE
Inventors: Katja Schmitz; Ulrike Ritz; Daniela Nickel; Matthias Oechsner; Theresa Beyrich; Pol Maria Rommens
Original assignee: Johannes Gutenberg Universitaet Mainz; Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Johannes Gutenberg Universitaet Mainz; Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen wirkstoffhaltigen Schichtverbund sowie ein Verfahren und ein Kit zur Herstellung des Schichtverbunds. Der Schichtverbund der vorliegenden Erfindung ermöglicht ein verbessertes, bedarfsgerechtes Wirkstofffreisetzungsprofil. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Schichtverbunds, insbesondere in der regenerativen Medizin.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen wirkstoffhaltigen Schichtverbund sowie ein Verfahren und ein Kit zur Herstellung des Schichtverbunds. Der Schichtverbund der vorliegenden Erfindung ermöglicht ein verbessertes Wirkstofffreisetzungsprofil. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Schichtverbunds, insbesondere in der regenerativen Medizin.
Insbesondere bei großflächigen Wunden und offenen Frakturen gilt es, die Geweberegeneration und Gefäßneubildung zu beschleunigen und gleichzeitig Infektionen vorzubeugen bzw. vorhandene Keime im betroffenen Gewebe abzutöten. Beides kann durch eine Gabe von osteoinduktiven Wirkstoffen, insbesondere Wachstumsfaktoren, und antimikrobiellen Wirkstoffen begünstigt werden. Dabei ist eine Überdosierung zu vermeiden. Wünschenswert ist ein anfänglicher Boost gefolgt von einer kontinuierlichen Freisetzung über mehrere Tage bis zu zwei Wochen.
In der Wundbehandlung werden Auflagen aus Hydrogelen (Kollagen, Gelatine, Hyaluronsäure u.a.) verwendet um die Gewebsneubildung anzuregen. Kollagen (und Gelatine als denaturierte Form des Kollagens) ist ein Bestandteil der extrazellulären Matrix. Es fördert die Adhäsion von Zellen und regt das Zellwachstum an. Gleichzeitig kann es biologisch abgebaut werden. Die Abbauprodukte lösen keine entzündlichen Reaktionen aus. Kollagen tierischen Ursprungs (Rind, Schwein, Ratte, maritim) wird bereits in unterschiedlicher Form in Medizinprodukten verwendet; dazu gehören unter anderem das Bio-Kollagen von ROGG oder Suprasorb C von Lohmann&Rauscher.
Quervernetzte Hydrogele werden zur kontinuierlichen Freisetzung von Wachstumsfaktoren und/oder Zytokinen (synthetisch, rekombinant oder aus biologischem Material) und antimikrobieller Substanzen (z.B. Antibiotika, Silber oder antimikrobielle Peptide) eingesetzt. Dabei kann die Freisetzungsgeschwindigkeit durch den Grad der Quervernetzung gesteuert werden. Die osteoinduktiven menschlichen Zytokine BMP-2 und BMP-7 sind als rekombinante Proteine bereits für die therapeutische Anwendung auf dem amerikanischen und britischen Markt (BMP-2 als Dibotermin Alfa und BMP-7 als Eptotermin Alfa) sowie auf dem europäischen Markt (nur BMP-2) zugelassen. Um die Wirkdauer im Körper zu erhöhen, werden diese gebunden an Kollagenschwamm bzw. Kollagengranulat verabreicht.
Laminate aus Kollagen ohne Zusätze zur Wundbehandlung sind patentiert ( EP 0 943 346 B1 ). Sie ermöglichen die Kombination verschiedener Materialeigenschaften, wurden aber bisher nicht für die kontrollierte Freisetzung von Substanzen im Rahmen der regenerativen Medizin eingesetzt.
Bisherige Lösungen lassen sich in verschiedene Kategorien einteilen: Die Kontrolle der Freisetzung einer Substanz durch Quervernetzung oder spezifische Adsorption wie beispielsweise in WO 2010/064252 A2 oder WO 99/65452 A9 beschrieben, oder die Freisetzung mehrerer Substanzen bzw. Einsatz nicht definierter biologischer Substanzgemische, z.B. Knochenpartikel wie beispielsweise in US 8,740,987 B2 beschrieben. Schwierigkeiten bereitet die kontrollierte Freisetzung mehrerer Substanzen in definierten Zeitprofilen. Beispielsweise steht nach einer offenen Verletzung mit großer Knochenschädigung der Schutz vor einer bakteriellen Infektion im Vordergrund, so dass eine Freisetzung antimikrobieller Substanzen als erstes erfolgen sollte. Anschließend erst sollte die Freisetzung von Substanzen, die die Geweberegeneration fördern, anwendungsspezifisch stattfinden. Solche Materialien sind nur mit großem Aufwand herstellbar und können nicht flexibel an die Anwendung angepasst werden. Ein bereits existierender Lösungsansatz für die zeitlich versetzte Abgabe stellt die Verkapselung der Zytokine BMP-2 und BMP-7 in zwei verschiedenen biologisch abbaubaren polymeren Trägermaterialien dar, die unterschiedlich schnell abgebaut werden.
Sollen mehrere Materialien mit definierter Wirkstoffmenge und Freisetzungsprofil kombiniert werden, ergibt sich das Problem der Fixierung. Dieses Problem könnte durch den Einsatz chemischer Quervernetzung gelöst werden, jedoch müssen die oft hochreaktiven Quervernetzer aufgrund ihrer Toxizität vor der Anwendung entfernt oder neutralisiert werden.
Diese Probleme werden durch die vorliegende Erfindung, insbesondere durch die Gegenstände der Patentansprüche, gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Schichtverbund umfassend mindestens zwei Schichten, wobei jede der Schichten mindestens ein Polymer, bevorzugt genau ein Polymer umfasst und wobei mindestens zwei der Schichten einen Wirkstoff beinhalten. Bevorzugt beinhaltet jede der Schichten einen Wirkstoff. Bevorzugt enthalten unterschiedliche Schichten unterschiedliche Wirkstoffe.
Bevorzugt ist mindestens einer der Wirkstoffe ein antimikrobieller Wirkstoff und mindestens einer der Wirkstoffe ein osteoinduktiver Wirkstoff. Antimikrobielle Wirkstoffe sind insbesondere Substanzen, die die Vermehrungsfähigkeit oder Infektiosität von Mikroorganismen, wie beispielsweise Bakterien, Pilzen und/oder Viren, reduzieren oder sie abtöten beziehungsweise inaktivieren. Osteoinduktive Wirkstoffe sind insbesondere Substanzen, die die Knochenneubildung anregen.
Bevorzugt ist der antimikrobielle Wirkstoff ein Antibiotikum. Bevorzugt ist das Antibiotikum ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetracyclinen, Aminoglykosiden, Lincosamiden (bevorzugt Clindamycin), Glycopeptiden (bevorzugt Vancomycin), und Kombinationen aus zwei oder mehreren davon.
Bevorzugt sind die Tetracycline ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chlorotetracyclin, Doxycyclin, Oxytetracyclin, Minocyclin, Tetracyclin und Kombinationen aus zwei oder mehreren davon. Bevorzugt sind die Aminoglykoside ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tobramycin, Gentamicin und Kombinationen davon. Bevorzugt sind die Glycopeptide Vancomycin. Diese Antibiotika sind besonders bevorzugt, weil hier erst in sehr hohen Konzentrationen nachteilige Wirkungen auf die Knochenheilung zu erwarten sind. Außerdem kommen auch folgende Antibiotika in Frage: Cephalosporine, Fluorchinolone.
Erfindungsgemäß kann der antimikrobielle Wirkstoff zusätzlich oder alternativ zu Antibiotika Silbernanopartikel, antimikrobielle Peptide und/oder Chitosan umfassen.
Bevorzugt ist der osteoinduktive Wirkstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zytokinen, Peptiden (bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Peptidhormonen, Peptidfragmenten aus Proteinen und Kombinationen davon), Statinen und Kombinationen aus zwei oder mehreren davon. Bevorzugt sind die Zytokine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wachstumsfaktoren, Chemokinen und Peptidhormonen.
Bevorzugt sind die Wachstumsfaktoren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus vascular endothelial growth factor (VEGF), platelet derived growth factor (PDGF), insulin-like growth factors (ILGFs), transforming growth factors (TGFs), fibroblast growth factors (FGFs) und Kombinationen aus zwei oder mehreren davon. Ein bevorzugter FGF ist insbesondere basic fibroblast growth factor (BFGF). Bevorzugt sind die TGFs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus knochenmorphogenetischen Proteine (BMPs), TGF-β1/2 und Kombinationen aus zwei oder mehreren davon. Bevorzugt sind die BMPs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus BMP2, BMP7, BMP2/7, BMP9, GDF-5, und Kombinationen aus zwei oder mehreren davon. Wachstumsfaktoren sind eine Untergruppe der Zytokine. Die BMPs gehören zur Gruppe der Wachstumsfaktoren und werden in der Systematik daher auch den Zytokinen zugeordnet.
Bevorzugt sind die Chemokine ausgewählt aus der Gruppe der angiogenetischen Chemokine, bestehend aus der Gruppe der CXC-Chemokinliganden mit N-terminalem ELR-Motiv und Kombinationen aus zwei oder mehreren davon. Besonders bevorzugt ist das Chemokin stromal-cell derived factor-1 (SDF-1/CXCL12), insbesondere SDF-1α.
Ein bevorzugtes Zytokin ist das Chemokin stromal-cell derived factor-1 (SDF-1/CXCL12), insbesondere SDF-1a. Dieses Zytokin ist besonders bevorzugt, weil es die Blutgefäßneubildung anregt sowie chemotaktisch auf relevante Zellen wirkt. Außerdem kommen auch folgende Zytokine in Frage: die Peptidhormone Interleukin-1 (IL-1) und Interleukin-6 (IL-6) sowie Tumornekrosefaktor (TNF). Diese Zytokine fördern die Angiogenese und die Ausbildung der extrazellulären Matrix sowie die Einwanderung von Zellen.
Bevorzugt sind die Peptidhormone ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Interleukinen und Tumornekrosefaktoren. Besonders bevorzugt sind die Interleukine lnterleukin-1 (IL-1) und Interleukin-6 (IL-6). Besonders bevorzugt ist der Tumornekrosefaktor-α (TNF-α).
Jede der Schichten des erfindungsgemäßen Schichtverbunds umfasst mindestens ein Polymer. Bevorzugt liegt der Polymeranteil an den Schichten des Schichtverbunds in einem Bereich von 0,05 Gew.-% bis 10 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,1 Gew.-% bis 8 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,2 Gew.-% bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-%. Bei sehr niedrigem Polymeranteil kann die Stabilität des Schichtverbunds beeinträchtigt sein. Bei sehr hohem Polymeranteil kann der Schichtverbund verspröden.
Bevorzugt ist das Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Biopolymeren, synthetischen Polymeren und Kombinationen davon.
Bevorzugt ist das Biopolymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Proteinen, Polysacchariden und Kombinationen davon.
Bevorzugt sind die Proteine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kollagen, Gelatine, Fibrin, Fibroin und Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt umfasst das Protein Kollagen. Besonders bevorzugt ist das Protein Kollagen. Bevorzugt ist das Kollagen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schweinekollagen, Rinderkollagen, Rattenkollagen, Fischkollagen, rekombinantes Kollagen, Schafkollagen, Ziegenkollagen und Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt ist das Kollagen unvernetzt oder vernetzt. Diese Proteine sind besonders bevorzugt, weil sie biologisch abgebaut werden, ihre Abbauprodukte eine sehr geringe Toxizität und Immunogenität aufweisen, sowie aufgrund ihrer mikrofibrillären Struktur selber die Knochenneubildung anregen.
Bevorzugt ist das Polysaccharid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hyaluronsäure, Alginat, Chitosan, Dextran und Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Diese Polysaccharide sind besonders bevorzugt, weil sie biologisch abgebaut werden und ihre Abbauprodukte eine sehr geringe Toxizität und Immunogenität aufweisen. Besonders bevorzugt in dieser Gruppe ist das Chitosan, da es selber antimikrobielle Eigenschaften aufweist.
Bevorzugt ist das synthetische Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus synthetischen Polymeren mit natürlichen Bausteinen und synthetischen Polymeren mit synthetischen Bausteinen. Bevorzugt ist das synthetische Polymer mit natürlichen Bausteinen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(glycolsäure) (PGA), Poly(milchsäure) (PLA), Poly(buttersäure) (PBA) und Kombinationen (Copolymeren) aus zwei oder mehr davon. Außerdem kommen auch folgende natürliche Bausteine in Frage: Aminosäuren, Monosaccharide.
Bevorzugt ist das synthetische Polymer mit synthetischen Bausteinen Poly(ethylenglycol). Außerdem kommen auch folgende synthetische Bausteine in Frage: Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylalkohol.
Polymere mit Kombinationen von natürlichen und synthetischen Bausteinen sind ebenfalls möglich.
Bevorzugt umfasst jede der Schichten des Schichtverbunds Wasser. Bevorzugt beträgt der Wasseranteil am Gesamtgewicht des Schichtverbunds mindestens 50 Gew.-% und höchstens 99,95 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 90 Gew.-% und höchstens 99,9 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 99 Gew.-% und höchstens 99,75 Gew.-%. Die Schichten des Schichtverbunds umfassen bevorzugt auch mindestens eine Pufferkomponente. Ein besonders bevorzugter Puffer ist PBS (engl.: phosphate buffered saline). PBS enthält bevorzugt NaCl, KCl sowie Natrium- und/oder Kalium-Hydrogenphosphat und/oder -Di hydrogenphosphat. Besonders bevorzugt enthält PBS die folgenden Komponenten in den angegebenen Konzentrationen: 137 mM NaCl; 2,7 mM KCl; 10 mM Na₂HPO₄; 1,8 mM KH₂PO₄. Der Puffer dient der Einstellung und Aufrechterhaltung eines gewünschten pH-Wertes. Bevorzugt liegt der pH-Wert in einem Bereich von 4,5 bis 9,0, weiter bevorzugt von 6,0 bis 8,5, weiter bevorzugt von 7,0 bis 8,0, noch weiter bevorzugt von 7,3 bis 7,5, ganz besonders bevorzugt etwa 7,4. Im natürlichen Heilungsprozess nach Frakturen sinkt zunächst der pH-Wert infolge fehlender Vaskularisierung und Entzündungsprozessen auf Werte von 5,0 bis 4,0. Im späteren Verlauf, insbesondere während der Mineralisierung des neu gebildeten Knochens, steigt der pH-Wert über den physiologischen pH-Wert an. Diese Prozesse können durch verschiedene pH-Werte des Puffers in unterschiedlichen Schichten des Schichtverbunds unterstützt werden. Bevorzugt weisen unterschiedliche Schichten des Schichtverbunds daher einen unterschiedlichen pH-Wert auf.
Jede der Schichten des erfindungsgemäßen Schichtverbunds umfasst mindestens ein Polymer. Bevorzugt weist das Polymer eine Zugfestigkeit von 2 bis 80.000 kPa auf. Die Ermittlung der o.a. Materialkennwerte werden mit einer Universalprüfmaschine ermittelt. Das Laminat aus einem polymeren Grundgerüst wird bis zum Bruch quasistatisch unter Zugbeanspruchung bei Raumtemperatur von 23 °C geprüft. Die dabei ermittelte Maximallast wird zur Berechnung der Zugfestigkeit verwendet.
Die Zugfestigkeit kann insbesondere in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt und vom Vernetzungsgrad des Polymers stark variieren. In bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in trockenem Zustand (bevorzugt 24 h (bzw. bis zur Massekonstanz) bei 50 % rel. Luftfeuchtigkeit konditioniert) eine Zugfestigkeit in einem Bereich von 20 bis 50 MPa und in feuchtem Zustand (bevorzugt 24 h (bzw. bis zur Massekonstanz) in PBS konditioniert) eine Zugfestigkeit von 2 bis 15 MPa auf. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in feuchtem Zustand eine Zugfestigkeit von 2 bis 20 MPa auf. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in feuchtem Zustand eine Zugfestigkeit von 2 bis 25 kPa auf. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in trockenem Zustand eine Zugfestigkeit von 100 bis 200 kPa und in feuchtem Zustand eine Zugfestigkeit von 10 bis 50 kPa auf. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in trockenem Zustand eine Zugfestigkeit von 100 bis 200 kPa und in feuchtem Zustand eine Zugfestigkeit von 20 bis 80 kPa auf. Diese Zugfestigkeiten haben den Vorteil, dass sie die gewünschte mechanische Stabilität für die Anwendung gewährleisten. Eine sehr niedrige Zugfestigkeit ist nachteilig, weil die Polymerschicht bei der Entnahme aus der Verpackung oder der Aufbringung auf die Wunde reißen kann. Eine sehr hohe Zugfestigkeit ist nachteilig, weil die Biokompatibilität darunter leidet und Zellen nicht so gut anwachsen.
Ein Schichtverbund in trockenem Zustand (ca. ≤ 5 % Wasseranteil) wird bevorzugt durch Konditionierung bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit für 24 Stunden (beziehungsweise bis zur Massekonstanz, alternativ durch Trocknung bei 37°C und Lagerung im Exsikkator) erhalten. Ein Schichtverbund in feuchtem Zustand (ca. ≥50% Wasseranteil) wird bevorzugt durch Konditionierung in PBS für 24 Stunden (beziehungsweise bis zur Massekonstanz) erhalten.
Bevorzugt kann der Vernetzungsgrad des Polymers gezielt eingestellt werden. Über den Vernetzungsgrad kann bevorzugt die Höhe der Zugfestigkeit eingestellt werden. Bevorzugt wird die Quervernetzung photochemisch durchgeführt. Bevorzugt werden Photoinitiatoren eingesetzt, insbesondere aber nicht ausschließlich Bengalrosa, Fluorescein, Eosin, Methylenblau, Ribofiavinderivate und/oder Porphyrine. Diese Photoinitiatoren haben den Vorteil, dass sie in den üblicherweise verwendeten Konzentrationen (0,000001% bis 5%) nicht toxisch sind und im Schichtverbund verbleiben können. Sie haben außerdem den Vorteil, dass die quervernetzte Schicht aufgrund der Farbigkeit der genannten Initiatoren als solche erkennbar ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden für die kovalente Quervernetzung bifunktionale Linker, insbesondere Glutar(di)aldehyd, Dimethylsuberimidat und 3,3'-Dithiobispropion-imidat eingesetzt. Aufgrund ihrer hohen Reaktivität und daraus folgenden Toxizität müssen diese Substanzen vor der Beladung aus dem Schichtverband entfernt oder in nicht-toxische Verbindungen überführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden für die kovalente Quervernetzung wasserlösliche Aktivatoren für Carboxylatgruppen, insbesondere EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid, insbesondere als Vernetzer für Kollagen, eingesetzt. Aufgrund seiner Toxizität müssen diese Substanzen vor der Beladung aus dem Schichtverband entfernt oder in nicht-toxische Verbindungen überführt werden.
Bevorzugt weist das Polymer einen E-Modul von 5 bis 10.000 kPa auf. Die Ermittlung des o.a. Materialkennwertes wird mit einer Universalprüfmaschine ermittelt. Das Laminat aus einem polymeren Grundgerüst wird quasistatisch unter Zugbeanspruchung bei Raumtemperatur von 23 °C geprüft. Die Messwerte wurden zur Ermittlung des Elastizitätsmoduls herangezogen. Der E-Modul kann insbesondere in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt und vom Vernetzungsgrad des Polymers stark variieren. In bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in feuchtem Zustand einen E-Modul von 20 bis 500 kPa auf. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in trockenem Zustand einen E-Modul von 100 bis 500 kPa und in feuchtem Zustand einen E-Modul von 5 bis 25 kPa auf. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in trockenem Zustand einen E-Modul von 50 bis 500 kPa und in feuchtem Zustand einen E-Modul von 10 bis 40 kPa auf. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Polymer mindestens zweier Schichten, weiter bevorzugt jeder Schicht des Schichtverbunds in feuchtem Zustand einen E-Modul von 50 bis 10.000 kPa auf. Diese E-Module haben den Vorteil, dass sie die gewünschte mechanische Stabilität für die Anwendung gewährleisten.
Bevorzugt kann der Vernetzungsgrad des Polymers gezielt eingestellt werden. Über den Vernetzungsgrad kann bevorzugt die Höhe des E-Moduls eingestellt werden. Bevorzugt wird Bengalrosa als Vernetzer, insbesondere als Vernetzer für Kollagen eingesetzt.
Bevorzugt beträgt die Porengröße bis 150 µm, weiter bevorzugt 0,1 bis 10 µm, noch weiter bevorzugt 1 bis 4 µm. Bei diesen Porengrößen können Proteine immer noch frei diffundieren, aber die Wege aus dem Schichtverbund sind im Vergleich zu größeren Poren vergrößert. Die Porengröße wird bevorzugt mikroskopisch bestimmt.
Je höher der Vernetzungsgrad ist, desto geringer ist die Diffusionsgeschwindigkeit des Wirkstoffs in der betreffenden Schicht. Somit kann ein höherer Vernetzungsgrad zu einer verzögerten Wirkstofffreisetzung beitragen. Bevorzugt ist der Vernetzungsgrad in der Schicht mit dem höchsten Vernetzungsgrad mindestens doppelt so hoch wie der Vernetzungsgrad in der Schicht mit dem geringsten Vernetzungsgrad. Je nach Anwendung kann der Vernetzungsgrad auch in allen Schichten des Schichtverbunds gleich sein.
Bevorzugt weisen mindestens zwei der Schichten, weiter bevorzugt jede der Schichten des Schichtverbunds eine Schichtdicke von mindestens 10 µm und höchstens 100 µm auf, weiter bevorzugt von mindestens 20 µm und höchstens 50 µm auf. Bevorzugt weisen mindestens zwei der Schichten, weiter bevorzugt jede der Schichten des Schichtverbunds in trockenem Zustand eine Schichtdicke von höchstens 30 µm und in feuchtem Zustand eine Schichtdicke von höchstens 100 µm auf.
Bevorzugt weist der Schichtverbund insgesamt eine Dicke von 200 µm bis 2 mm, weiter bevorzugt von 500 µm bis 1 mm auf. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen liegt die Gesamtdicke des Schichtverbunds bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 10 mm, weiter bevorzugt 2 bis 5 mm, weiter bevorzugt 1 bis 3 mm. Eine sehr niedrige Schichtdicke ist nachteilig, weil sie schlecht zu handhaben ist. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Schichten des Schichtverbunds eine erste und eine zweite Hauptfläche sowie mindestens eine Seitenfläche auf. Bei rechteckiger Grundfläche der Schichten ergeben sich vier Seitenflächen pro Schicht. Bei runder Grundfläche weist eine Schicht dagegen nur eine Seitenfläche auf. Bevorzugt sind die erste und die zweite Hauptfläche gleich groß. Ansonsten müssten die Seitenflächen abgeschrägt sein, was technisch ungünstig ist.
Bevorzugt liegt der Flächeninhalt der ersten Hauptfläche in einem Bereich von 0,1 cm² und 900 cm², weiter bevorzugt in einem Bereich von 1 cm² bis 100 cm², weiter bevorzugt in einem Bereich von 4 cm² bis 50 cm². Bevorzugt liegt der Flächeninhalt der zweiten Hauptfläche in einem Bereich von 0,1 cm² und 900 cm², weiter bevorzugt in einem Bereich von 1 cm² bis 500 cm², weiter bevorzugt von 4 cm² bis 100 cm², weiter bevorzugt in einem Bereich von 10 cm² bis 50 cm². Ein sehr niedriger Flächeninhalt ist nachteilig, weil dies zu Lasten der Handhabbarkeit geht. Ein sehr hoher Flächeninhalt ist nachteilig, weil die Fläche des Laminats dann deutlich größer als die Wunde wäre. Die Größen sind bevorzugt an typische Frakturgrößen angepasst, bei denen der Schichtverbund zum Einsatz kommt.
Bevorzugt umfasst der Schichtverbund mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, weiter bevorzugt mindestens vier, weiter bevorzugt mindestens fünf Schichten. Bevorzugt umfasst der Schichtverbund höchstens zehn Schichten. Diese Anzahl an Schichten hat den Vorteil, dass auf die individuellen Bedürfnisse der jeweiligen Wund-/Frakturversorgung eingegangen werden kann. Eine sehr niedrige Schichtanzahl ist nachteilig, weil dann nicht sowohl antimikrobielle als auch osteogene Wirkstoffe nacheinander gebunden und freigesetzt werden können. Eine sehr hohe Schichtanzahl ist nachteilig, weil das Freisetzungsverhalten bei hoher Schichtanzahl schlecht voraussagbar ist.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst jede der Schichten das gleiche Polymer, insbesondere Kollagen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen umfasst mindestens eine der Schichten ein anderes Polymer als die übrigen Schichten des Schichtverbunds. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst mindestens eine der Schichten Kollagen und mindestens eine der Schichten ein Polysaccharid, besonders bevorzugt Chitosan als äußere Schicht, insbesondere als äußere antimikrobielle Schicht. Dies ist besonders vorteilhaft, da Chitosan selber antimikrobiell wirkt.
Bevorzugt enthält der Schichtverbund mindestens einen osteoinduktiven Wirkstoff und mindestens einen antimikrobiellen Wirkstoff. Der osteogene Wirkstoff kann auch angiogene Wirkung haben. Unter angiogener Wirkung wird insbesondere eine Anregung des Wachstums von Blutgefäßen durch Sprossungs- oder Spaltungsvorgänge aus bereits vorgebildeten Blutgefäßen verstanden. Durch die angiogene Wirkung wird die Gewebeversorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff induziert und dadurch kommt es zur Gewebe/Knochenregeneration. Bei solchen Wirkstoffen ist also die osteoinduktive Wirkung in der Regel eine indirekte Folge der angiogenen Wirkung.
Angiogene Substanzen sind daher stets indirekt auch osteogen, während osteogene Substanzen nicht zwangsläufig auch eine angiogene Wirkung haben. Angiogene Substanzen sind also eine Untergruppe der osteogenen Substanzen. Osteoinduktive Wirkstoffe ohne angiogene Wirkung werden auch als „rein-osteoinduktive Wirkstoffe“ bezeichnet (zum Beispiel die „bone morphogenic proteins“ - BMPS). Osteoinduktive Wirkstoffe mit angiogener Wirkung werden auch als „angiogen-osteoinduktive Wirkstoffe“ bezeichnet (zum Beispiel der „vascular endothelial growth factor“ - VEGF, sowie der „stromal derived growth factor“ - SDF-1). Die osteoinduktiven Wirkstoffe der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus rein-osteoinduktiven Wirkstoffen, angiogen-osteoinduktiven Wirkstoffen und Kombinationen davon.
Die Begriffe „osteoinduktiv“ und „osteogen“ werden in der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet.
Bevorzugt enthält der Schichtverbund mindestens zwei unterschiedliche osteoinduktive Wirkstoffe und einen antimikrobiellen Wirkstoff.
Bevorzugt enthält der Schichtverbund einen rein-osteoinduktiven Wirkstoff, einen angiogen-osteoinduktiven Wirkstoff und einen antimikrobiellen Wirkstoff.
Bevorzugt enthält der Schichtverbund mindestens zwei unterschiedliche rein-osteoinduktive Wirkstoffe, einen angiogen-osteoinduktiven Wirkstoff und einen antimikrobiellen Wirkstoff.
Bevorzugt enthält der Schichtverbund mindestens zwei unterschiedliche osteoinduktive Wirkstoffe und zwei unterschiedliche antimikrobielle Wirkstoffe.
Bevorzugt enthält der Schichtverbund mindestens zwei unterschiedliche rein-osteoinduktive Wirkstoffe, einen angiogen-osteoinduktiven Wirkstoff und zwei unterschiedliche antimikrobielle Wirkstoffe.
Bevorzugt enthält der Schichtverbund mindestens zwei unterschiedliche rein-osteoinduktive Wirkstoffe, zwei unterschiedliche angiogen-osteoinduktive Wirkstoffe und zwei unterschiedliche antimikrobielle Wirkstoffe.
Bevorzugt enthält der Schichtverbund mindestens einen angiogen-osteoinduktiven Wirkstoff und einen oder zwei unterschiedliche antimikrobielle Wirkstoffe, sowie in einer der mittleren Schichten einen Inhibitor des angiogen-osteogenen Wirkstoffs. Der Inhibitor verhindert bevorzugt, dass Zellen in die vom Knochen entfernten Schichten des Schichtverbunds einwandern und so zu überschießender Knochenbildung beitragen.
Bevorzugt enthält mindestens eine der Schichten, weiter bevorzugt zwei Schichten des Schichtverbunds mindestens 0,1 µg osteoinduktiven Wirkstoff pro cm³ Schichtvolumen und höchstens 10 mg osteoinduktiven Wirkstoff pro cm³ Schichtvolumen. Zu niedrige Konzentrationen haben den Nachteil, dass die Wirksamkeit verringert ist. Zu hohe Konzentrationen haben den Nachteil, dass sie zu überschießender Knochenbildung oder Tumorbildung führen können.
Bevorzugt enthält mindestens eine der Schichten mindestens 5 mg antimikrobiellen Wirkstoff pro cm³ Schichtvolumen und höchstens 1 g antimikrobiellen Wirkstoff pro cm³ Schichtvolumen. Zu niedrige Konzentrationen haben den Nachteil, dass die Wirksamkeit verringert ist und die Bildung von Resistenzen begünstigt wird. Zu hohe Konzentrationen haben den Nachteil, dass sie die Knochenneubildung verhindern.
Bevorzugt enthält mindestens eine der Schichten mindestens 0,05 µg angiogen-osteoinduktiven Wirkstoff pro cm³ Schichtvolumen und höchstens 50 µg angiogen-osteoinduktiven Wirkstoff pro cm³ Schichtvolumen. Zu niedrige Konzentrationen haben den Nachteil, dass die Wirksamkeit verringert ist. Zu hohe Konzentrationen haben den Nachteil, dass sie eine zu starke Blutgefäßneubildung begünstigen, die den Knochen destabilisiert.
Bevorzugt ist mindestens einer der Wirkstoffe ein osteoinduktiver Wirkstoff. Diese Wirkstoffe sind vorteilhaft, weil sie die Knochenneubildung anregen.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen osteoinduktiven Wirkstoffe kann der Schichtverbund BMPs, besonders bevorzugt BMP-2 enthalten. Dieser Wirkstoff ist vorteilhaft, weil er sehr die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen zu Chondrozyten anregt, die die Fraktur überbrücken, die Differenzierung von Vorläuferzellen zu Osteoblasten fördert und Osteoblasten in der Umgebung aktiviert, die an der Bruchstelle neuen Knochen ausbilden. In bevorzugten Ausführungsformen enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds BMPs, besonders bevorzugt BMP-2 in einem Anteil von 50 ng bis 1.000 µg pro cm³ Schichtvolumen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt BMPs, besonders bevorzugt BMP-2 in einer Menge von 1 bis 10 µg. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund BMPs, besonders bevorzugt BMP-2 in einer Menge von 2 µg bis 20 µg. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund BMPs, besonders bevorzugt BMP-2 in einer Menge von 0,2 µg bis 1 µg. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund BMPs, besonders bevorzugt BMP-2 in einer Menge von 10 µg bis 500 µg. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund BMPs, besonders bevorzugt BMP-2 in einer Menge von 20 µg bis 100 µg. Diese Wirkstoffgehalte haben den Vorteil, dass sie osteoinduktiv wirken. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil die Wirksamkeit verringert ist Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil er zu überschießender Knochenbildung oder Tumorbildung führen kann.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen osteoinduktiven Wirkstoffe kann der Schichtverbund SDF-1, insbesondere SDF-1α enthalten. Dieser Wirkstoff ist vorteilhaft, weil er die Migration und Differenzierung mesenchymaler Stammzellen fördert. In bevorzugten Ausführungsformen enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds SDF-1, insbesondere SDF-1a in einem Anteil von 0,1 bis 10 µg pro cm³ Schichtvolumen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds SDF-1, insbesondere SDF-1α in einem Anteil von 1 bis 5 µg pro cm³ Schichtvolumen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds SDF-1, insbesondere SDF-1α in einem Anteil von 1 bis 100 µg pro cm³ Schichtvolumen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt SDF-1, insbesondere SDF-1α in einer Menge von 0,5 bis 5 µg. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt SDF-1, insbesondere SDF-1α in einer Menge von 50 bis 500 ng. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt SDF-1, insbesondere SDF-1α in einer Menge von 50 ng bis 5 µg. Diese Wirkstoffgehalte haben den Vorteil, dass sie chemotaktisch auf endotheliale Vorläuferzellen wirken, die die Vaskularisierung fördern. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil die Wirksamkeit verringert ist. Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil er eine zu starke Einwanderung von Vorläuferzellen begünstigt, was zu überschießender Knochenbildung führt und/oder den Knochen destabilisiert.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen osteoinduktiven Wirkstoffe kann der Schichtverbund FGFs, insbesondere BFGF enthalten. Dieser Wirkstoff ist vorteilhaft, weil er die Proliferation und Migration von Vorläuferzellen stimuliert, die Vorläuferzellen zur osteogenen Differenzierung anregt und die Vaskularisierung sowie die Re-Modellierung des Kallus-Gewebes fördert. Bevorzugt enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds FGFs, insbesondere BFGF in einem Anteil von 1 bis 100 nM bezogen auf das Schichtvolumen. Diese Wirkstoffgehalte haben den Vorteil, dass sie die Vaskularisierung induzieren und dadurch die Versorgung des neugebildeten Gewebes mit Nährstoffen und Sauerstoff verbessern. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil die Wirksamkeit verringert ist. Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil eine übermäßige Vaskularisierung die Stabilität des neu gebildeten Knochens beeinträchtigen kann und es zu überschießender Knochenbildung kommen kann.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen osteoinduktiven Wirkstoffe kann der Schichtverbund VEGF enthalten. Dieser Wirkstoff ist vorteilhaft, weil er die Proliferation und Migration von Vorläuferzellen stimuliert, die Vaskularisierung fördert und indirekt die Bildung von Osteoblasten begünstigt. In bevorzugten Ausführungsformen enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds VEGF in einem Anteil von 100 bis 500 µg pro cm³ Schichtvolumen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt VEGF in einer Menge von 0,1 bis 0,5 µg. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt VEGF in einer Menge von 10 bis 50 µg. Diese Wirkstoffgehalte haben den Vorteil, dass sie Vaskularisierung induzieren. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil die Wirksamkeit verringert ist. Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil eine übermäßige Vaskularisierung die Stabilität des neu gebildeten Knochens beeinträchtigen kann und es zu überschießender Knochenbildung kommen kann.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen osteoinduktiven Wirkstoffe kann der Schichtverbund PDGF enthalten. Dieser Wirkstoff ist vorteilhaft, weil er Osteoblasten rekrutiert und zur Proliferation anregt, sowie die Vaskularisierung anregt. Bevorzugt enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds PDGF in einem Anteil von 0,5 bis 2.000 ng/ml bezogen auf das Schichtvolumen. Diese Wirkstoffgehalte haben den Vorteil, dass sie zu einer verbesserten Wirksamkeit beitragen. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist mit einer verringerten Wirksamkeit verbunden. Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil er überschießende Reaktionen auslöst.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen osteoinduktiven Wirkstoffe kann der Schichtverbund TGFβ-1 und/oder TGFβ-2 enthalten. Diese Wirkstoffe sind vorteilhaft, weil sie die Proliferation von Vorläuferzellen und die Differenzierung mesenchymaler Stammzellen anregen. In bevorzugten Ausführungsformen enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds TGFβ-1 und/oder TGFß-2 in einem Anteil von 20 bis 100 µg pro cm³ Schichtvolumen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt TGFβ-1 und/oder TGFβ-2 in einer Menge von 1 bis 20 µg. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt TGFβ-1 und/oder TGFß-2 in einer Menge von 5 bis 200 µg. Diese Wirkstoffgehalte haben den Vorteil, dass sie zu einer verbesserten Wirksamkeit beitragen. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist mit einer verringerten Wirksamkeit verbunden. Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil er überschießende Reaktionen auslöst.
Der Schichtverbund kann TGFß-3 enthalten. Dieser Wirkstoff ist vorteilhaft, weil er die Osteogenese inhibiert und verhindert, dass mesenchymale Stammzellen, Vorläuferzellen oder Osteoblasten in tiefere Schichten des Schichtverbunds einwandern. In bevorzugten Ausführungsformen enthält eine der Schichten in der Mitte des Schichtverbunds durch Quervernetzung gebundenes TGF-β3 in einem Anteil von 20 bis 100 µg pro cm³ Schichtvolumen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt TGF-β3 in einer Menge von 1 bis 20 µg. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt TGF-β3 in einer Menge von 5 bis 200 µg.
Mindestens zwei der Schichten des Schichtverbunds umfassen einen Wirkstoff. Bevorzugt ist mindestens einer der Wirkstoffe ein antimikrobieller Wirkstoff. Diese Wirkstoffe sind vorteilhaft, weil sie pathogene Mikroorganismen im Bereich der Fraktur abtöten oder deren Vermehrung hemmen und damit Entzündungen, die ihrerseits den Heilungsprozess behindern, verhindern.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen antimikrobiellen Wirkstoffe kann der Schichtverbund Glycopeptide, insbesondere Vancomycin enthalten.
Dieser Wirkstoff ist vorteilhaft, weil er Gram-positive Bakterien abtötet, insbesondere auch resistente Stämme wie den methicillinresistenten Staphylococcus aureus. In bevorzugten Ausführungsformen enthält der Schichtverbund insgesamt Vancomycin in einer Menge von 100 bis 1000 µg. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil die Wirksamkeit verringert ist und die Ausbildung von resistenten Erregern begünstigt wird. Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil er die Proliferation von Vorläuferzellen, Osteoblasten und Chrondrozyten hemmen bzw. zum Zelltod führen und damit die Heilung verlangsamen oder verhindern kann.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen antimikrobiellen Wirkstoffe kann der Schichtverbund Tetracycline, insbesondere Chlorotetracyclin, Doxycyclin, Oxytetracyclin und Tetracyclin enthalten. Diese Wirkstoffe sind vorteilhaft, weil sie ein breites Spektrum von Bakterien abtöten und darüber hinaus gut verträglich sind, sowie in geringen Konzentration die Knochenbildung unterstützen. Bevorzugt enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds Tetracyclin in einem Anteil von 1 bis 10 µg/ml bezogen auf das Schichtvolumen. Bevorzugt enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds Doxycyclin in einem Anteil von 1 bis 10 µg pro cm³ Schichtvolumen. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil die Wirksamkeit verringert ist und die Ausbildung von resistenten Erregern begünstigt wird. Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil der Wirkstoff sich in den Knochen einlagern und die Knochenneubildung verhindern kann, sowie das Zellwachstum und die Aktivität der Osteoblasten hemmt. Das gilt besonders für Tetracycline.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der übrigen erfindungsgemäßen antimikrobiellen Wirkstoffe kann der Schichtverbund Aminoglycoside, insbesondere Gentamicin enthalten. Dieser Wirkstoff ist vorteilhaft, weil er verschiedene resistente Erreger abtötet. Bevorzugt enthält mindestens eine der Schichten des Schichtverbunds Gentamicin in einem Anteil von 10 bis 100 µg/g, weiter bevorzugt von 50 bis 80 µg/g bezogen auf das Gewicht des Polymers in der Schicht. Ein sehr niedriger Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil die Wirksamkeit verringert ist und die Ausbildung von resistenten Erregern begünstigt wird. Ein sehr hoher Wirkstoffgehalt ist nachteilig, weil er die Zellproliferation und die Aktivität der Osteoblasten inhibiert.
Bevorzugt enthält jede Schicht des Schichtverbunds genau einen Wirkstoff.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung enthält wenigstens eine der Schichten des Schichtverbunds keinen Wirkstoff. Noch weiter bevorzugt enthalten wenigstens zwei der Schichten des Schichtverbunds keinen Wirkstoff. Solche Schichten können der Verzögerung der Freisetzung des Wirkstoffs aus den wirkstoffhaltigen Schichten dienen. In solchen Ausführungsformen enthält bevorzugt jede der wirkstoffhaltigen Schichten genau einen Wirkstoff.
Bevorzugt ist das Polymer in mindestens einer der Schichten, weiter bevorzugt mindestens zwei der Schichten des Schichtverbunds funktionalisiert. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Funktionalisierung Ankergruppen. Bevorzugt sind die Ankergruppen kovalent an das Polymer gebunden. Ankergruppen sind Gruppen, die zu einer spezifischen oder nicht spezifischen, nicht-kovalenten oder reversibel-kovalenten Bindung des Wirkstoffs in der jeweiligen Schicht führen. In einer bevorzugten Ausführung sind die Ankergruppen spezifische Bindepeptide des in der Schicht zu verankernden Wirkstoffs. In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Ankergruppen unspezifische Bindeproteine, insbesondere Serumalbumine. In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Ankergruppen niedermolekulare Liganden des Wirkstoffs. In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Ankergruppen Peptide aus geladenen Aminosäuren, deren Ladung der Ladung des Wirkstoffs entgegengesetzt ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Ankergruppen hydrophobe Gruppen, insbesondere Fettsäurereste. Eine besonders bevorzugte Ankergruppe ist Serumalbumin. Serumalbumin kann insbesondere niedermolekulare Substanzen binden, die dadurch langsamer freigesetzt werden.
Bevorzugt umfasst das Polymer in mindestens einer der Schichten, weiter bevorzugt in mindestens zwei der Schichten Ankergruppen. Bevorzugt können die Ankergruppen den Wirkstoff nicht-kovalent binden.
Bevorzugt ist der Wirkstoff in mindestens einer der Schichten, weiter bevorzugt in mindestens zwei Schichten kovalent an das Polymer gebunden. Bevorzugt erfolgt die Bindung über eine photochemische Reaktion (photodynamisches Crosslinking) mithilfe eines Initiators, insbesondere Bengalrosa oder Fluorescein oder Methylenblau oder Eosin oder Ribotlavin-5-Phosphat oder Porphyrine. Ein Vorteil dieser Initiatoren ist, dass sie mit sichtbarem Licht angeregt werden, dass den Wirkstoff nicht schädigt, und dass die Initiatoren biologisch verträglich sind und nicht aus dem Schichtverbund entfernt werden müssen. In alternativen Ausführungsformen erfolgt die kovalente Reaktion mit einem bisfunktionalen Linker, insbesondere Glutardialdehyd, Dimethylsuberimidat oder 3,3'-Dithiobispropionimidat (DTBP). In weiteren alternativen Ausführungsformen erfolgt die kovalente Reaktion mit einem wasserlöslichen Aktivierungsreagenz, insbesondere EDC oder einer Kombination von EDC und NHS.
Besonders bevorzugt umfasst der erfindungsgemäße Schichtverbund mindestens zwei Schichten, die sich hinsichtlich der Beladung, der Funktionalisierung des Polymers und/oder des Vernetzungsgrads des Polymers voneinander unterscheiden. Die Freisetzungsgeschwindigkeit kann bevorzugt durch den Vernetzungsgrad des Polymers, insbesondere des Kollagens, und/oder durch die kovalente oder nicht-kovalente Anbindung der Wirkstoffe an das Polymer, insbesondere an Kollagen, kontrolliert werden (1 und 2). So führt die nicht-kovalente Anbindung, beispielsweise durch Physisorption, zu einer schnellen Freisetzung (Initialboost), die kovalente Bindung hingegen zur langsamen Freisetzung während der Degradation des Trägermaterials. Der Initialboost ist bevorzugt eine schnelle Freisetzung von 50% bis 70%, weiter bevorzugt mehr als 60% eines Wirkstoffs einer Schicht innerhalb der ersten 24 Stunden. Bevorzugt erfolgt der Initialboost aus den äußeren Schichten. Die langsame Freisetzung, insbesondere aus der mindestens einen inneren Schicht, erfolgt bevorzugt derart, dass innerhalb von 10 bis 14 Tagen mehr als 90% des langsam freigesetzten Wirkstoffs freigesetzt werden. Die zeitliche Sequenz der Freisetzung ist bevorzugt zusätzlich oder alternativ steuerbar durch Abfolge und Dicke der Schichten des Schichtverbunds.
Als äußere Schicht werden die Schichten des Schichtverbunds bezeichnet, die im Schichtverbund außen liegen und daher lediglich mit einer weiteren Schicht vernetzt sind. Innere Schichten sind demgegenüber solche Schichten, die im Schichtverbund zwischen zwei weiteren Schichten liegen. Ein zweischichtiger Schichtverbund weist also keine inneren Schichten auf.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Schichtverbund mindestens eine Schicht, die einen osteoinduktiven Wirkstoff enthält und mindestens eine weitere Schicht, die einen antimikrobiellen Wirkstoff enthält.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Schichtverbund mindestens eine Schicht, die einen osteoinduktiven Wirkstoff enthält und mindestens eine weitere Schicht, die einen antimikrobiellen Wirkstoff enthält, sowie mindestens eine, bevorzugt genau eine, zwischen den wirkstoffhaltigen Schichten befindliche wirkstofffreie Zwischenschicht.
Der erfindungsgemäße Schichtverbund kann Hilfsstoffe enthalten. Bevorzugte Hilfsstoffe sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Puffersubstanzen, Glutathion, Stabilisatoren, Salzen, Aggregationshemmern, Farbstoffen, Pigmenten, und Kombinationen von zwei oder mehr davon. Puffersubstanzen dienen bevorzugt der Einstellung und Aufrechterhaltung eines gewünschten pH-Wertes. Bevorzugt stammen die Puffersubstanzen aus der Gruppe der Phosphate, insbesondere der Gruppe bestehend aus Natriumdihydrogenphosphat, Dinatriumhydrogenphosphat, Kaliumdihydrogenphosphat und Dikaliumhydrogenphosphat. Diese Substanzen haben den Vorteil, dass der pH-Wert des Puffers über den gesamten für die Knochenheilung relevanten pH-Bereich stabil einstellbar ist und dass sie identisch zu natürlich vorkommenden Puffersubstanzen sind.
Glutathion trägt bevorzugt zur Redox-Stabilität bei. Bevorzugt wird Glutathion als Gemisch von reduziertem zu oxidiertem Glutathion eingesetzt. Glutathion hat den Vorteil, dass es oxidierende Substanzen, die bei Entzündungen freigesetzt werden, unschädlich machen kann und im Gewebe toleriert wird. Glutathion ist daher ein bevorzugter Hilfsstoff.
Salze können die Stabilität und die Aktivität von Enzymen modulieren und damit verschiedene Phasen der Knochen- und Wundheilung, insbesondere die Blutgerinnung und die Vaskularisierung beeinflussen. Insbesondere Calciumsalze wirken sich positiv auf die Mineralisierung aus. Calciumsalze sind daher bevorzugte Hilfsstoffe.
Farbstoffe und Pigmente können zur besseren Unterscheidbarkeit der Laminatschichten beitragen. Bevorzugt werden nicht-toxische Farbstoffe mit hoher Farbtiefe in geringen Konzentrationen eingesetzt. Bevorzugt werden nicht-toxische, biologisch abbaubare Pigmente mit hoher Farbtiefe in geringen Konzentrationen eingesetzt, die die Knochenheilung nicht beeinträchtigen. Farbstoffe und Pigmente sind daher bevorzugte Hilfsstoffe.
Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Schichtverbund in einem Therapieverfahren, insbesondere in der regenerativen Medizin verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Schichtverbund zur Verwendung in einem Therapieverfahren, bevorzugt in einem regenerativen Therapieverfahren, insbesondere zur Verwendung in der regenerativen Medizin. Die regenerative Medizin befasst sich mit der Wiederherstellung funktionsgestörter Gewebe durch die Anregung körpereigener Regenerations- und Reparaturprozesse.
Bevorzugt wird der Schichtverbund erfindungsgemäß zur Behandlung von großen Wunden und/oder offenen Frakturen verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Schichtverbund zur Verwendung bei der Behandlung von großen Wunden und/oder offenen Frakturen. Große Wunden sind erfindungsgemäß insbesondere Wunden mit einer Wundfläche von mindestens 4 cm².
Der Schichtverbund kann erfindungsgemäß auch bei Re-Operationen bei nicht verheilten Brüchen eingesetzt werden.
Bevorzugt wird der Schichtverbund erfindungsgemäß zur Beschleunigung der Geweberegeneration, insbesondere der Knochenheilung, und/oder der Gefäßneubildung verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Schichtverbund zur Verwendung bei der Beschleunigung der Geweberegeneration, insbesondere der Knochenheilung, und/oder der Gefäßneubildung.
Bevorzugt wird der Schichtverbund erfindungsgemäß zur Vorbeugung und/oder Behandlung von Wundinfektionen verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Schichtverbund zur Verwendung bei der Vorbeugung und/oder Behandlung von Wundinfektionen.
Bevorzugt wird der Schichtverbund erfindungsgemäß zur Beschleunigung der Geweberegeneration, insbesondere der Knochenheilung, und/oder der Gefäßneubildung sowie zur Vorbeugung und/oder Behandlung von Wundinfektionen verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Schichtverbund zur Verwendung bei der Beschleunigung der Geweberegeneration und/oder der Gefäßneubildung sowie zur Verwendung bei der Vorbeugung und/oder Behandlung von Wundinfektionen.
Besonders bevorzugt wird der erfindungsgemäße Schichtverbund nach einem Trauma mit offenen Frakturen (Stürze aus großer Höhe, Autounfälle, etc.) eingesetzt. Durch die Gewebeschädigung dringen Bakterien in den Körper ein und bakterielle Infektionen müssen vermieden werden, um die Geweberegeneration zu ermöglichen. Durch den erfindungsgemäßen Schichtverbund können bevorzugt direkt nach Einlieferung ins Krankenhaus die Bekämpfung der schon eingedrungenen Bakterien sowie eine Vermeidung erneuter Bakterienkontamination erfolgen. Die Geweberegeneration wird durch den Boost-Release angiogener Wirkstoffe initiiert und die langfristige Freisetzung osteogener und angiogener Wirkstoffe fördert die Angiogenese, Geweberegeneration und Frakturheilung.
Ein anderes bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung ist zum Beispiel nach Entfernung eines (Knochen)-tumors. In diesem Fall ist die Prophylaxe der Bakterienkontamination nicht nötig, da die Entfernung des Tumors unter sterilen Bedingungen stattfindet, d.h. es kann auf die äußere Schicht mit antimikrobiellen Substanzen verzichtet werden. Ein Boost-Release insbesondere angiogener Substanzen ist jedoch wünschenswert, um die Angiogenese und Vaskularisierung zu initiieren. In diesem Fall ist auch eine innere Schicht mit langfristiger Freisetzung angiogener und osteogener Faktoren wünschenswert, um die Geweberegeneration, Vaskularisierung und Knochenregeneration über einen längeren Zeitpunkt zu unterstützen.
In bevorzugten Ausführungsformen gelangen physisorbierte Substanzen aus inneren Schichten des Schichtverbunds beispielsweise durch Diffusionsprozesse nach dem initialen Boost durch die äußere(n) Schicht(en), abhängig vom Schichtaufbau des Schichtverbunds, an den Ort der Verletzung. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Schichtabfolge so gestaltet, dass die auf dem Gewebe aufliegende Schicht mindestens einen osteoinduktiven Wirkstoff, insbesondere Wachstumsfaktoren für die gewünschte Geweberegeneration enthält beziehungsweise freisetzt, während die der Umgebung ausgesetzte Schicht antimikrobielle Wirkstoffe enthält beziehungsweise freisetzt. Schichtdicke und/oder Zahl der Schichten werden dabei bevorzugt der erwarteten Heilungsdauer angepasst.
Es ist erfindungsgemäß auch möglich, eine wirkstoffundurchlässige Sperrschicht zwischen einer antimikrobiellen Schicht und einer osteoinduktiven Schicht vorzusehen, so dass der antimikrobielle Wirkstoff nicht die Knochenheilung behindert und der osteoinduktive Wirkstoff nicht auf die Seite der Wunde gelangen kann. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, eine Sperrschicht, die einen oder mehrere Inhibitoren der osteoinduktiven Wirkstoffe enthält, zwischen einer antimikrobiellen Schicht und einer osteoinduktiven Schicht vorzusehen, so dass der osteoinduktive Wirkstoff nicht auf die Seite der Wunde gelangen kann und Zellen nicht in den Schichtverbund einwandern. In bevorzugten Ausführungsformen kann der Schichtverbund einen Wirkstoffgradienten innerhalb einer Schicht umfassen. Ein Wirkstoffgradient kann auch durch den Aufbau des Schichtverbunds erhalten werden, beispielsweise, indem die Schichten so angeordnet werden, dass der Wirkstoffanteil der Schichten von der äußeren Schicht zu den inneren Schichten zu- oder abnimmt. Als äußere Schicht werden die Schichten des Schichtverbunds bezeichnet, die im Schichtverbund außen liegen und daher lediglich mit einer weiteren Schicht vernetzt sind. Innere Schichten sind demgegenüber solche Schichten, die im Schichtverbund zwischen zwei weiteren Schichten liegen. Ein zweischichtiger Schichtverbund weist also keine inneren Schichten auf.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Polymer in mindestens einer der äußeren Schichten ein Polysaccharid und das Polymer in mindestens einer der inneren Schichten ein Protein, insbesondere Kollagen. Besonders bevorzugt umfasst die polysaccharidhaltige äußere Schicht einen antimikrobiellen Wirkstoff und die proteinhaltige innere Schicht einen osteoinduktiven Wirkstoff. Polysaccharidhaltige Schichten sind in der Regel mechanisch instabiler als proteinhaltige Schichten. Allerdings können Wirkstoffe aus polysaccharidhaltigen Schichten häufig besonders schnell freigesetzt werden. Das Polysaccharid Chitosan wirkt darüber hinaus selber antimikrobiell. Daher sind Schichtverbunde mit polysaccharidhaltigen äußeren Schichten, die einen antimikrobiellen Wirkstoff enthalten, aufgrund des initialen Boosts der Wirkstofffreisetzung besonders für eine initiale Desinfektion der Wunde geeignet. Die aus der mindestens einen proteinhaltigen Schicht verzögert freigesetzten osteoinduktiven Wirkstoffe tragen dann insbesondere zur Beschleunigung der Geweberegeneration und/oder der Gefäßneubildung bei.
Der erfindungsgemäße Schichtverbund wird bevorzugt derart eingesetzt, dass eine der beiden Hauptflächen dem zu regenerierenden Gewebe zugewandt ist und die andere der beiden Hauptflächen vom zu regenerierenden Gewebe abgewandt ist. Die Schicht, die die dem zu regenerierenden Gewebe zugewandte Hauptfläche ausbildet, wird als dem zu regenerierenden Gewebe zuzuwendende Schicht bezeichnet. Die Schicht, die die vom zu regenerierenden Gewebe abgewandte Hauptfläche ausbildet, wird als vom zu regenerierenden Gewebe abzuwendende Schicht bezeichnet.
Bevorzugt ist das Polymer in der vom zu regenerierenden Gewebe abzuwendenden Schicht ein Polysaccharid und das Polymer in der dem zu regenerierenden Gewebe zuzuwendenden Schicht ein Protein, insbesondere Kollagen. Besonders bevorzugt umfasst die polysaccharidhaltige, vom zu regenerierenden Gewebe abzuwendende Schicht einen antimikrobiellen Wirkstoff und die proteinhaltige, dem zu regenerierenden Gewebe zuzuwendende Schicht einen osteoinduktiven Wirkstoff. Polysaccharidhaltige Schichten sind in der Regel mechanisch instabiler als proteinhaltige Schichten. Allerdings können Wirkstoffe aus polysaccharidhaltigen Schichten häufig besonders schnell freigesetzt werden. Das Polysaccharid Chitosan wirkt darüber hinaus selber antimikrobiell. Daher sind Schichtverbunde mit polysaccharidhaltigen, vom zu regenerierenden Gewebe abzuwendenden Schichten, die einen antimikrobiellen Wirkstoff enthalten, aufgrund des initialen Boosts der Wirkstofffreisetzung besonders für eine initiale Desinfektion der Wunde geeignet. Die aus der mindestens einen proteinhaltigen, dem zu regenerierenden Gewebe zuzuwendenden Schicht verzögert freigesetzten osteoinduktiven Wirkstoffe tragen dann insbesondere zur Beschleunigung der Geweberegeneration und/oder der Gefäßneubildung bei.
Bevorzugt sind sämtliche Bestandteile des Schichtverbunds vollständig biologisch abbaubar. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer späteren Entfernung. Insbesondere enthält der Schichtverbund bevorzugt keine nicht vollständig biologisch abbaubaren Quervernetzer, insbesondere keine chemischen Quervernetzer, die vor der Anwendung des Schichtverbunds entfernt oder neutralisiert werden müssen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtverbunds. Bevorzugt umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen von mindestens zwei Schichten, wobei jede der Schichten mindestens ein Polymer umfasst und wobei mindestens zwei der Schichten, bevorzugt sämtliche Schichten, einen Wirkstoff umfassen,
b) Anordnen der Schichten zu einer Schichtanordnung,
c) Vernetzen der Schichten zu einem Schichtverbund.

Die Schichten werden bevorzugt über eine partielle Trocknung einer polymerhaltigen Lösung oder durch Abkühlen einer erwärmten polymerhaltigen Lösung erhalten. In einem weiteren bevorzugten Verfahren werden die Schichten durch Polymerisation von Monomeren erhalten.
Vor dem Anordnen der Schichten zu einer Schichtanordnung werden mindestens zwei der Schichten, bevorzugt sämtliche Schichten mit wenigstens einem Wirkstoff beladen. Verschiedene Schichten können erfindungsgemäß mit verschiedenen Wirkstoffen beladen werden. Es ist auch möglich, eine Schicht mit verschiedenen Wirkstoffen zu beladen.
In einem bevorzugten Verfahren zur Beladung mit einem oder mehreren Wirkstoffen werden die Polymerschichten vollständig oder partiell getrocknet und in wirkstoffhaltiger Lösung quellen gelassen. In einem anderen bevorzugten Verfahren zur Beladung mit einem oder mehreren Wirkstoffen werden die bereits gequollenen Polymerschichten in wirkstoffhaltiger Lösung inkubiert, so dass der der Wirkstoff in die Polymerschichten diffundiert. Bevorzugt erfolgt die Inkubation bis zur Einstellung eines Gleichgewichts. In einem anderen bevorzugten Verfahren zur Beladung mit einem oder mehreren Wirkstoffen erfolgt die partielle Abkühlung der polymerhaltigen Lösung in Gegenwart des Wirkstoffs. In einem anderen bevorzugten Verfahren zur Beladung mit einem oder mehreren Wirkstoffen erfolgt die Abkühlung der warmen polymerhaltigen Lösung in Gegenwart des Wirkstoffs. In einem anderen bevorzugten Verfahren zur Beladung mit einem oder mehreren Wirkstoffen erfolgt die Polymerisation in Gegenwart des Wirkstoffs.
Bevorzugt werden die Schichten mittels Photoquervernetzung vernetzt. Besonders bevorzugt umfasst die Photoquervernetzung einen Belichtungsschritt. Bevorzugt wird mit Licht im Wellenlängenbereich zwischen 200 und 900 nm belichtet. Besonders bevorzugt wird im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 800 nm belichtet. Besonders bevorzugt liegt die Anregungswellenlänge zwischen 530 und 570 nm, wenn Bengalrosa als Photoinitiator verwendet wird, zwischen 420 und 510 nm, wenn Fluorescein als Photoinitiator verwendet wird und zwischen 580 und 680 nm, wenn Methylenblau als Photoinitiator verwendet wird. Die Wellenlänge wir passend zum Absorptionsspektrum des Photoinitiators gewählt. Wird ein Zwei- oder Mehrphotonenprozess verwendet, wird die aus dem Absorptionsspektrum des Photoinitiators gewählte Wellenlänge verdoppelt bzw. multipliziert. Der Wellenlängenbereich zwischen 400 und 800 nm ist vorteilhaft, weil Proteine und niedermolekulare Verbindungen von Licht in diesem Wellenlängenbereich nicht geschädigt werden.
Bevorzugt wird ein biokompatibler Farbstoff als Photoinitiator eingesetzt wird. Besonders bevorzugt sind die biokompatiblen Farbstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bengalrosa, Fluorescein und Methylenblau. Belichtung mit grüngelbem bis grünem Licht erfolgt bevorzugt insbesondere dann, wenn Bengalrosa als Photoinitiator eingesetzt wird. Belichtung mit blauem bis blaugrünem Licht erfolgt bevorzugt insbesondere dann, wenn Fluorescein als Photoinitiator eingesetzt wird. Belichtung mit orangegelbem bis rotem Licht erfolgt bevorzugt insbesondere dann, wenn Methylenblau als Photoinitiator eingesetzt wird.
Der Vernetzungsgrad wird bevorzugt über die Belichtungszeit und/oder über die Konzentration des Photoinitiators eingestellt. Höhere Belichtungszeiten sind mit einem höheren Vernetzungsgrad verbunden. Höhere Konzentrationen des Photoinitiators sind ebenfalls mit einem höheren Vernetzungsgrad verbunden. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Vernetzung an einer mit Wirkstoff beladenen Schicht durchgeführt. Dabei kann es zur kovalenten Bindung des Wirkstoffs an das Polymer kommen. Die Freisetzung ist dann nur durch Abbau des Polymers möglich.
Bevorzugt werden lediglich die Randbereiche der Schichten vernetzt und die zentralen Bereiche der Schichten bleiben unvernetzt. Die Randbereiche sind dabei die 2-20 %, besonders bevorzugt 5-10% des Flächendurchmessers der Hauptfläche entlang der Ränder der Hauptfläche. In 4 sind Randbereich und zentraler Bereich schematisch in einer Draufsicht auf eine der Hauptflächen eines erfindungsgemäßen Schichtverbunds gezeigt.
Bevorzugt sind benachbarte Schichten über einen Bereich von höchstens 10% der einander zugewandten Flächen miteinander vernetzt und die übrigen Bereiche der einander zugewandten Flächen bleiben unvernetzt.
Bevorzugt wird die Begrenzung der Vernetzung auf bestimmte Bereiche mit Hilfe von Masken erreicht, die die Belichtung der nicht zu vernetzenden Bereiche verhindern oder auf ein für die Vernetzung nicht ausreichendes Maß reduzieren. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass selbst besonders empfindliche Wirkstoffe durch die Quervernetzung nicht inaktiviert werden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Wirkstoffe an den Rändern des Schichtverbunds durch Quervernetzung an der schnellen Freisetzung gehindert werden, und es damit an den Rändern des Schichtverbunds nicht zu einem Burst von Wirkstoffen aus inneren Schichten kommt.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen werden die Schichten der Schichtanordnung über nicht-kovalente Wechselwirkungen zu einem Schichtverbund vernetzt. Bevorzugte nicht-kovalente Wechselwirkungen sind Adhäsionskräfte. Bevorzugt sichert also die Adhäsion der Schichten durch nicht-kovalente Wechselwirkungen den Zusammenhalt des Schichtverbunds. Solche Ausführungsformen haben den Vorteil, dass der Schichtverbund während eines operativen Eingriffs schnell zusammengefügt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kit zur Herstellung des Schichtverbunds. Bevorzugt umfasst das Kit mindestens zwei separate Schichten, wobei jede der Schichten mindestens ein Polymer, bevorzugt genau ein Polymer umfasst und wobei mindestens zwei der Schichten einen Wirkstoff umfassen. Bevorzugt umfasst das Kit mindestens einen Photoinitiator, insbesondere Bengalrosa. Bevorzugt umfasst das Kit mindestens eine Maske, mit der die Belichtung nicht zu vernetzender Bereiche verhindert oder auf ein für die Vernetzung nicht ausreichendes Maß reduziert werden kann. Solche Kits haben den Vorteil, dass der Schichtverbund vom Anwender bedarfsgerecht zusammengestellt und vor Ort fixiert werden kann.
In bevorzugten Ausführungsformen besteht der erfindungsgemäße Schichtverbund aus genau drei Schichten, wobei die erste Schicht das Polymer Kollagen oder Chitosan und einen antimikrobiellen Wirkstoff, die zweite Schicht das Polymer Kollagen und einen angiogen-osteoinduktiven Wirkstoff und die dritte Schicht das Polymer Kollagen und einen reinosteogenen Wirkstoff enthält, und wobei die zweite Schicht zwischen der ersten und der dritten Schicht angeordnet ist. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen besteht der erfindungsgemäße Schichtverbund aus genau vier Schichten, wobei die erste Schicht das Polymer Chitosan oder Kollagen und einen antimikrobiellen Wirkstoff, die zweite Schicht das Polymer Kollagen und einen angiogen-osteogenen Wirkstoff, die dritte Schicht das Polymer Kollagen und einen weiteren angiogen-osteoinduktiven Wirkstoff und die vierte Schicht das Polymer Kollagen und den osteogenen Wirkstoff BMP-2 enthält, und wobei die zweite Schicht zwischen der ersten und der dritten Schicht und die dritte Schicht zwischen der zweiten und der vierten Schicht angeordnet ist. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen besteht der erfindungsgemäße Schichtverbund aus genau zwei Schichten, wobei eine Schicht das Polymer Chitosan oder Kollagen und einen angiogen-osteogenen Wirkstoff und die andere Schicht das Polymer Kollagen und einen osteoinduktiven Wirkstoff enthält.
Figurenliste

1 zeigt schematisch die Freisetzungsgeschwindigkeit eines Wirkstoffs in Abhängigkeit vom Schichtaufbau. Die Freisetzungsgeschwindigkeit ist in Form eines Keils im unteren Bereich der Figur gezeigt. Dadurch wird zum Ausdruck gebracht, dass die Freisetzungsgeschwindigkeit von links nach rechts abnimmt. Im Bereich a) liegt also die höchste und im Bereich e) die geringste Freisetzungsgeschwindigkeit vor. In Bereich a) erfolgt die Freisetzung eines niedermolekularen Wirkstoffs (Kreise) durch Diffusion. Dies führt zu einem anfänglichen „Burst“ des Wirkstoffs. In Bereich b) ist die Diffusion durch unspezifische Wechselwirkungen des Wirkstoffs (Ellipsen) verlangsamt. In Bereich c) bindet der Wirkstoff (Rechteck mit Einbuchtung als angedeutete Bindungsstelle) über eine spezifische Bindestelle Ankergruppen (als Dreiecke dargestellt) in der Matrix, was zu Freisetzung niedrigerer Konzentrationen über einen längeren Zeitraum führt. In Bereich d) ist die Diffusion des Wirkstoffs (Kreise) durch Quervernetzung der Matrix verlangsamt. In einem solchen Fall kann enzymatischer Abbau die Freisetzung beschleunigen (Enzyme als Kreis mit Einbuchtung als angedeutetem aktivem Zentrum). In Bereich e) ist der Wirkstoff kovalent mit der Matrix verknüpft. Die Freisetzung ist nur durch enzymatischen Abbau der Matrix möglich. Die Freisetzung setzt daher verzögert ein und hält über längere Zeit an.
2 zeigt beispielhafte Wirkstofffreisetzungsprofile. Die durchgezogene Linie zeigt einen anfänglichen „Burst“ der Wirkstofffreisetzung und entspricht daher dem diffusionsbasierten Freisetzungsprofil des Bereichs a) aus 1. Die gestrichelte Linie zeigt, dass bei Verlangsamung der Diffusion durch Quervernetzung der Matrix enzymatischer Abbau die Freisetzung beschleunigt. Die gestrichelte Linie entspricht damit dem Freisetzungsprofil des Bereichs d) aus 1. Die gepunktete Kurve zeigt, dass bei kovalenter Verknüpfung des Wirkstoffs mit der Matrix die Freisetzung nur durch enzymatischen Abbau der Matrix möglich ist, so dass die Freisetzung verzögert einsetzt und über längere Zeit anhält. Die gepunktete Kurve entspricht damit dem Freisetzungsprofil des Bereichs e) aus 1.
3 zeigt schematisch und beispielhaft den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Schichtverbunds anhand einer perspektivischen Draufsicht. Gezeigt werden zwei Seitenflächen sowie eine der beiden Hauptflächen (obere Fläche). Die gezeigte Hauptfläche wird von der obersten Schicht gebildet. Die beiden Seitenflächen setzen sich aus Anteilen aller drei Schichten zusammen. Der beispielhaft gezeigte Schichtverbund umfasst genau drei Schichten, wobei jede der Schichten mindestens ein Polymer umfasst und wobei jede der Schichten einen Wirkstoff umfasst. Die Polymere sind nicht dargestellt. Die Wirkstoffe sind als Kreise in den beiden äußeren Schichten und als Knäuel in der inneren Schicht dargestellt. Die beiden äußeren Schichten umfassen also den gleichen Wirkstoff. Der Wirkstoff der äußeren Schicht unterscheidet sich vom Wirkstoff der inneren Schicht. Bevorzugt ist der Wirkstoff der äußeren Schichten ein antimikrobieller Wirkstoff und der Wirkstoff der inneren Schicht ein osteoinduktiver Wirkstoff.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine der Hauptflächen 3 eines erfindungsgemäßen Schichtverbunds mit vernetztem Randbereich 1 und unvernetztem zentralen Bereich 2. Der vernetzte Randbereich 1 ist schraffiert dargestellt.

Bezugszeichenliste

1: Randbereich (vernetzt)
2: Zentraler Bereich (unvernetzt)
3: Hauptfläche des Schichtverbunds

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0943346 B1 [0005]
WO 2010/064252 A2 [0006]
WO 9965452 A9 [0006]
US 8740987 B2 [0006]

Claims

Schichtverbund umfassend mindestens zwei Schichten, wobei jede der Schichten mindestens ein Polymer umfasst und wobei mindestens zwei der Schichten einen Wirkstoff umfassen.
Schichtverbund nach Anspruch 1, wobei jede der Schichten zusätzlich Wasser umfasst.
Schichtverbund nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Schichten einen Wirkstoff umfasst.
Schichtverbund nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Wirkstoffe ein antimikrobieller Wirkstoff und mindestens einer der Wirkstoffe ein osteoinduktiver Wirkstoff ist.
Schichtverbund nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Biopolymeren, synthetischen Polymeren und Kombinationen davon.
Schichtverbund nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymer Kollagen ist.
Schichtverbund nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schichtverbund mindestens drei Schichten umfasst.
Schichtverbund nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in einem Therapieverfahren.
Verfahren zur Herstellung des Schichtverbunds nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen von mindestens zwei Schichten, wobei jede der Schichten mindestens ein Polymer umfasst und wobei mindestens zwei der Schichten einen Wirkstoff umfassen, b) Anordnen der Schichten zu einer Schichtanordnung, c) Vernetzen der Schichten zu einem Schichtverbund.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei lediglich die Randbereiche der Schichten vernetzt werden und die zentralen Bereiche der Schichten unvernetzt bleiben.