DE3425182C2

DE3425182C2 - Poröses osteogenetisches keramisches Material und Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung

Info

Publication number: DE3425182C2
Application number: DE3425182A
Authority: DE
Inventors: Shigehide Takagi; Shigeru Yamauchi
Original assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Priority date: 1983-07-09
Filing date: 1984-07-09
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2004-07-10
Also published as: SE8403619L; SE465776B; SE8804480D0; SE8804478L; US4654314A; SE8804479L; NL8402158A; HK14889A; FR2548661A1; SE461393B; SE465774B; US4963145A; SE465775B; SE8804478D0; AU577299B2; KR850001136A; GB8417436D0; IT8421817A1; IT1174599B; DE3425182A1

Description

Die Erfindung betrifft ein poröses, osteogenetisches keramisches Material und ein Verfahren zu seiner Herstellung, insbesondere ein osteogenetisches keramisches Material mit zahlreichen Poren einer speziellen Größe und zahlreichen kapillaren Poren kanälen einer speziellen Größe, die die Poren mit dem Außenraum des porösen keramischen Materials verbinden. Das poröse keramische Material eignet sich als Material zur Knochenregeneration und für sonstige medizinische Zwecke oder als Material auf dem Gebiet der Gentechnologie. Die Erfindung ist insbesondere mit der Herstellung eines solchen porösen keramischen Materials befaßt. Ferner betrifft die Er findung noch die Verwendung des Materials zur Beseitigung von Knochen defekten bei Mensch und Tier.

Calciumphosphatverbindungen, z. B. Hydroxylapatit oder feste Lösungen desselben, sind mit lebendem Gewebe gut verträglich und eignen sich somit als medizinische Ma terialien, z. B. als osteogenetisches Material in Form eines Ersatzes oder einer Prothese für Knochen oder Zahnwurzeln. Aus der JP-OS 56-54841 ist beispielsweise ein Füllmittel für Knochendefekte oder Antrum bekannt, das eine pulverförmige Calciumphosphatverbindung mit Apatitkristallstruktur enthält.

Aus der JP-OS 56-166843 ist ein Füllmittel für Knochen defekte oder Antrum bekannt, das aus einem porösen Körper einer Calciumposphatverbindung besteht. Die in diesem porösen Körper aus der Calciumphosphatverbindung enthaltenen Poren besitzen eine maximale Porengröße von 3,0 mm und eine minimale Porengröße von 0,05 mm. Die Poren besitzen eine solche Form und Größe, daß knochen bildende Komponente eines lebenden Körpers leicht in diese Poren eindringen können. Dieser poröse Körper besitzt eine praktisch fortlaufende dreidimensionale Netzwerkstruktur.

Die DE-A-31 23 460 bechreibt ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Sinterkörpers aus Calciumphosphat, der endlose und feine Poren in gleichförmiger Verteilung innerhalb des gesamten porösen Körpers aufweist. Dieses Verfahren umfaßt folgende Stufen: Herstellung einer Aufschlämmung aus amorphem Calciumphosphat mit einem Atomverhältnis von Calcium zu Phosphor im Bereich von 1,30 bis 1,58. Zugabe eines Schaumbildners zu dieser Aufschlämmung. Eintauchen eines porösen Körpers aus organischem Material, der endlose und feine Porenkanäle besitzt, in diese Aufschlämmung, bevor die Aufschlämmung aufgeschäumt wird oder nachdem die Aufschlämmung aufgeschäumt wurde, um zu ermöglichen, daß die Aufschlämmung an den Innenwänden der Porenkanäle anhaftet. Erhitzen des porösen Körpers aus organischem Material auf eine Temperatur, die hoch genug ist, um das organische Material unter Bildung von gasförmigen Bestandteilen zu zersetzen und gleichzeitig das amorphe Calciumphosphat thermisch in tertiäres Calciumphosphat unter Ausbildung einer Netzstruktur aus tertiärem Calciumphosphat umzuwandeln, und Sinterung der Netzstruktur aus tertiärem Calciumphosphat zur Bildung des porösen Sinterkörpers.

Wie sich aus Seite 14, Absatz 2 ergibt, handelt es sich hierbei um Poren, die über das gesamte Innere des Körpers eine Querschnittsabmessung von 0,03 bis 1,3 mm haben. Die Poren entsprechen nicht den erfindungsgemäßen Bedingungen, die die für die Knochenbildung günstigen Zellen besonders bevorzugen. Außerdem verhindert die beschriebene Struktur die schädliche Wirkung der unerwünschten Osteoklasten oder Kollagenfasern nicht, weil mangels geeigneter Filtrationskanäle die Biofiltrationswirkung nicht erreicht werden kann.

In Ber. der dtsch. keram. Gesellsch. 37, 1960 ist die Herstellung von porösen keramischen Massen unter Einsatz des Ausbrenn-, Sublimations-, Verdampfungs- oder Lösungsverfahrens beschrieben. Die Druckschrift geht auf die biologischen Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, nicht ein.

In der DE-PS-858 658 ist die Herstellung von Schaumbeton und anderen porösen Baustoffen auf der Grundlage von Zement oder Gips beschrieben, wobei zur Schaumerzeugung neben den bisher verwendeten Schaummitteln (wie beispielsweise von Leim und der Leimgruppe angehörenden Stoffen, von Harzseifen oder Schmierseifen) gleichzeitig Zusätze von Keratinabbau produkten (S-haltige Eiweißprodukte) zur Verwendung gelangen. Es wird keine Struktur offenbart, die für eine Lösung des Problems, wie es die Erfinder vorschlagen, brauchbar sein könnte.

In der DE-PS-936 080 ist ein Verfahren zur Herstellung eines haltbaren Schaumes aus Eiweißlösungen und Schwermetall verbindungen zur Erzeugung poröser Baustoffe, wie Schaumbeton, beschrieben, bei dem eine unter Anwendung von Druck erzeugte Horneiweißlösung unter Zusatz einer Lösung von basischen Bleiazetaten in Wasser zu Schaum geschlagen wird. Es werden keine Merkmale offenbart, die für eine Lösung des Problems, wie es die Erfinder vorschlagen, brauchbar wären.

Die DE-OS-26 06 975 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von leichten, porösen Bau- und/oder Isolierstoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen oder mehrere feinkörnige, keramisch, hydraulisch oder chemisch abbindende Stoffe in plastischem Zustand mit einer noch nicht ausgehärteten, mechanisch aufgeschäumten Zweikomponenten-Schaummasse vermischt, die als erste Komponente ein oder mehrere schaumbildende, oberflächenaktive Mittel und als zweite Komponente einen oder mehrere Strukturstoffe in wäßriger Lösung, Dispersion oder Emulsion enthält, daß man vor oder während des Aushärtens der Schaummasse das erhaltene Gemisch verformt, und daß man je nach Materialwahl das verformte Gemisch trocknet und brennt oder das Gemisch hydraulisch oder chemisch abbinden läßt.

Die DE-OS-30 46 791 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von porösen keramischen Erzeugnissen, insbesondere von feuerfesten Leichtsteinen aus keramischen Rohstoffen, bei dem eine Naphthalin enthaltende keramische Masse durch Pressen verdichtet und/oder verformt wird, das Naphthalin anschließend durch eine Wärmebehandlung aus dem Formling ausgetrieben und zurückgewonnen wird, worauf der Formling gebrannt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die keramische Masse aus einer trockenen Grundmasse aus bildsamen und/oder unbildsamen keramischen Rohstoffen und Naphthalinmahlgut mit einer unter 1,0 mm liegenden Korngröße besteht, der ein Gemisch aus Wasser und Naphthalinpartikeln, vorzugsweise Naphthalinsublimat, mit einer Teilchengröße von etwa 0,01 mm zugesetzt wird.

In Chemie. Ing. Technik 47, Jahrg. 1975, Nr. 8, S. 327-333 werden Eigenschaften verschiedener medizinischer Werkstoffe diskutiert. Zwar erwähnt der Autor auf Seite 330, rechte Spalte, 3. Absatz, den Einsatz von Versuchsimplantaten definierter Porosität, aber er geht weder auf die spezielle Problematik der Biofiltration, noch auf die wesentliche Abstimmung der Dimensionen der Poren und der sie verbindenden Porenkanäle ein.

Die üblichen Calciumphosphatverbindungen sind mit dem Nachteil behaftet, daß im Laufe der Zeit nach einer chirurgischen Behandlung, z. B. einer Füllung oder nach dem Einbau einer Prothese, eine Deformation hervorge rufen oder eine Härtung im weichen Kontaktgewebe nahe des gefüllten oder eingebetteten Teils gefördert wird, so daß das gebildete abnormale Gewebe ausgeschnitten werden muß. Bei der Beseitigung von durch Ausschneiden eines Knochentumors, Knochenresorption mit zunehmendem Alter oder externe Schädigung des Knochens hervorgerufenen Defekten des harten Gewebes eines lebenden Körpers sollten vorzugsweise die natürlichen Heilungskräfte ge fördert werden. Ein Ersatz durch ein Kunstprodukt oder durch eine Prothese aus einem solchen wird nicht immer bevor zugt. Wird ein solches Kunstprodukt in einen lebenden Körper eingebaut oder in Form einer Prothese eingesetzt, sollte es vorzugsweise innerhalb einer gewissen Zeit im lebenden Körper verschwinden und stattdessen zur "Reparatur" des Defekts natürliches lebendes Gewebe regeneriert werden. In diesem Falle ist es wichtig, daß das Kunstprodukt mit einer geeigneten Geschwindig keit durch lebendes Gewebe ersetzt wird ("Umwandlungs geschwindigkeit"). Wenn die Umwandlungsgeschwindigkeit übermäßig hoch ist, kommt es an den behandelten Stellen zu Schwierigkeiten, z. B. einer Entzündung, woraus sich Komplikationen, z. B. eine Krebsbildung, ergeben können. Im Falle, daß die Umwandlungsgeschwindigkeit gering ist und das Kunstprodukt lange Zeit im lebenden Körper ver bleibt, kommt es zu einer Deformation des Knochengewebes oder sonstiger lebender Gewebe an der behandelten Stelle oder zu einem Hartwerden des weichen Gewebes nahe der behandelten Stelle, so daß dieses in einigen Fällen ausgeschnitten werden muß.

Zur Lösung dieser Schwierigkeiten muß ein in einen lebenden Körper eingesetztes Füllmittel oder ein prothetisches Material den Anforderungen an die Induktion und Substi tution des lebenden Körpergewebes an einem Zellenspiegel genügen. Insbesondere ist es wichtig, in geeigneter Weise die Aktivierung einer osteolytischen Zelle (Osteolysis) und eines Osteoblasten zum lebenden Körper gewebe zu fördern, das Eindringen und die Entwicklung von Osteoklasten und Kollagenfasern, die ein Hartwerden des weichen Gewebes begünstigen, zu steuern und ferner auch die Härtung des Knochengewebes zu steuern, wobei jedoch das Eindringen von Erythrozyten und Körperflüssig keit und die Entwicklung von kapillaren Blutgefäßen nicht gehemmt werden dürfen.

Um diesen Anforderungen zu genügen, muß das in einen lebenden Körper einzusetzende Füllmittel oder protheti sche Material mit dem lebenden Körper gut verträglich sein, insbesondere eine gute Bioansprechbarkeit be sitzen, einen für die Aktivierung der gewünschten Zellen geeigneten Ausbreitungsraum liefern und das Ein dringen unerwünschter Zellen und Hartwerden des Knochen gewebes durch abnormale Entwicklung von Kollagenfasern verhindern.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein zur Regene rierung von Knochengewebe in einem lebenden Körper, z. B. zu einer Knochenneubildung, zu sonstigen medizinischen Zwecken oder Material auf dem Gebiet der Gentechnologie geeignetes poröses kera misches Material, Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung zur Beseitigung von Knochendefekten bei Mensch und Tier anzugeben.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein osteogenetisches keramisches Material

- in Form eines gesinterten Körpers mit einer Porosität von 40 bis 90%
- aus einer Calciumphosphat-Verbindung, in der das Atomverhältnis Ca : P im Bereich von 1,30 bis 1,80 liegt,
- in welchem zahlreiche, weitgehend kugelförmige Poren mit einem Durchmesser von 3 bis 600 µm ausgebildet und
- über zahlreiche kapillare Porenkanäle mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm miteinander in Verbindung stehen, und
- bei dem mindestens ein Teil der Poren über mindestens einen Teil der kapilla ren Porenkanäle mit dem Außenraum des gesinterten porösen Körpers in Ver bindung steht.

Gegenstand der Erfindung sind ferner verschiedene Ver fahren zur Herstellung eines solchen porösenkerami schen Materials.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ferner ein Ver fahren, bei dem

- 100 Gew.-Teile Albumin bis zu einer Blasengröße von 3 bis 600 µm aufge schäumt werden,
- mit 30 bis 120 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung und
- 1 bis 5 Gew.-Teilen organischer Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm versetzt werden,
- das erhaltene Gemisch in eine Form der gewünschten Größe und Gestalt einge gossen und
- das geformte Gemisch zur Härtung des Albumins auf eine Temperatur von 120° bis 150°C erwärmt wird,
- der gehärtete Formkörper zur Karbonisierung des Albumins und der orga nischen Fasern auf eine Temperatur von 500° bis 700°C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmos phäre bei 800°C bis 1350°C gebrannt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren, bei dem

- 20 bis 300 Gew.-Teile einer teilchenförmigen, sublimierbaren, festen Substanz einer Teilchengröße von 3 bis 600 µm und
- 1 bis 5 Gew.-Teile organische Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm mit
- 100 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung vermischt werden,
- das erhaltene Gemisch durch Preßformen in die gewünschte Form und Größe gebracht wird,
- der Formkörper zur Entfernung der sublimierbaren Substanz und zur Karbonisierung der organischen Fasern auf eine Temperatur von 200° bis 800° C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmos phäre bei 800° bis 1350°C gebrannt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren, bei dem

- 25 bis 380 Gew.-Teile eines teilchenförmigen, organischen Kunstharzes einer Teilchengröße von 3 bis 600 µm und
- 1 bis 5 Gew.-Teile organische Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm mit
- 100 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung vermischt werden,
- das erhaltene Gemisch durch Preßformen in die gewünschte Form und Größe aufgebracht wird,
- der Formkörper zur Entfernung des organischen Kunstharzes und zur Karbonisierung der organischen Fasern auf eine Temperatur von 200° bis 800°C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmos phäre bei 800° bis 1350°C gebrannt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren, bei dem

- 25 bis 380 Gew.-Teile eines teilchenförmigen, organischen Kunstharzes einer Teilchengröße von 3 bis 600 µm,
- 2 bis 5 Gew.-Teile einer teilchenförmigen, sublimierten, festen Substanz einer Teilchengröße von 3 bis 600 µm und
- 1 bis 5 Gew.-Teile organische Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm mit
- 100 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung vermischt werden,
- das erhaltene Gemisch durch Preßformen in die gewünschte Form und Größe gebracht wird,
- der Formkörper zur Entfernung des organischen Kunstharzes, der sublimier baren Substanz und zur Karbonisierung der organischen Fasern auf eine Temperatur von 200° bis 800°C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmos phäre bei 800° bis 1350°C gebrannt wird.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch noch die Verwendung des oben beschriebenen porösen Keramik körpers zur Knochenbildung in menschlichen und tierischen Körpern.

Das poröse keramische Material gemäß der Erfindung be steht aus einem gesinterten porösen Körper aus einer Calciumphosphatverbindung. Die erfindungsgemäß verwen dete Calciumphosphatverbindung enthält als Hauptbestand teile CaHPO₄, Ca₃(PO₄)₂, Ca₅(PO₄)₃OH, Ca₄O(PO₄)₂, Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, CaP₄O₁₁, Ca(PO₃)₂, Ca₂P₂O₇ und Ca(H₂PO₄)₂ · H₂O sowie eine Reihe von als "Hydroxylapatit" bezeichnete Verbindungen. Hydroxylapatit enthält als Hauptkomponente eine Verbindung der Zusammensetzung Ca₅(PO₄)₃OH oder Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Ein Teil der Ca- Komponente kann durch Sr, Ba, Mg, Fe, Al, Y, La, Na, K und/oder H ersetzt sein. Ein Teil der (PO₄)-Komponente kann durch VO₄, BO₃, SO₄, CO₃ und/oder SiO₄ ersetzt sein. Schließlich kann ein Teil der (OH)-Komponente durch F, Cl, O und/oder CO₃ ersetzt sein. Der Hydroxyl apatit kann übliche Kristallform aufweisen oder als isomorphe feste Lösung, substitutionelle feste Lösung oder Zwischengitter-feste Lösung vorliegen. Darüber hinaus kann der Hydroxylapatit nicht-stöchiometrische Gitterdefekte aufweisen.

In der erfindungsgemäß eingesetzten Calciumphosphat verbindung liegt das Atomverhältnis von Calcium (Ca) zu Phosphor (P) im Bereich von 1,30 bis 1,80, vorzugsweise von 1,60 bis 1,67.

Als Calciumphosphatverbindungen werden Tricalcium phosphat [Ca₃(PO₄)₂], Hydroxylapatit [Ca₅(PO₄)₃OH] und Hydroxylapatit [Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂] bevorzugt. Besonders bevorzugt werden die nach der Sol/Gel-Methode und durch Gefriertrocknen hergestellten Verbindungen. Die Calciumphosphatverbindung sollte zweckmäßigerweise bei 800-1350°C, vorzugsweise bei 850-1200°C, gesintert sein.

Der poröse Calciumphosphatkörper kann gemäß der Erfindung jede beliebige Form und Größe aufweisen. Im Inneren des porösen Kör pers sind zahlreiche, in schlanker, langgestreckter Form verlaufende, kapillare Porenkanäle und zahlreiche kugelförmige Poren einer Größe von 3-600, vorzugsweise 3-400 µm, ausgebildet. Der Durchmesser der kapillaren Porenkanäle beträgt 1-30, vorzugsweise 1-20 µm. Mindestens ein Teil der Poren steht mit dem Außenraum des porösen Körpers über mindestens einen Teil der zahlreichen kapillaren Porenkanäle in Verbindung. Üblicherweise sind die zahl reichen kugelförmigen Poren miteinander durch einen Teil der kapilla ren Porenkanäle verbunden.

Der gesinterte poröse Körper weist eine Porosität von 40-90%, vorzugsweise von 60-70%, auf.

Vorzugsweise sollten die Poren in dem gesinterten porö sen Körper die Form einer echten Kugel oder eine ähnliche Form aufweisen. Ferner sollten die Poren vorzugs weise in dem porösen Körper gleichmäßig verteilt sein. Diese Poren liefern Aufenthaltsräume für biophysisch aktivierende osteolytische Zellen und Osteoblasten, wenn das keramische Material in einen lebenden Körper eingebettet ist. Osteoblasten u. dgl. neigen dazu, in diesen Poren, insbesondere in kugeligen Poren, zu ver bleiben. Folglich ist es unabdingbar, daß die Poren einen Durchmesser von 3-600, vorzugsweise von 3-300 µm, auf weisen. Poren einer Größe außerhalb des Bereichs von 3-600 µm liefern keine guten Aufenthaltsräume für die genannten Zellen.

Wenn die Poren die Form einer echten Kugel oder eine ähnliche Form aufweisen, sind die mechanischen Festig keitswerte der erhaltenen porösen Materialien hoch. Wenn ein solches poröses Material in einen lebenden Körper eingebettet ist, behält es seine hohen mechanischen Festigkeitswerte, bis es in einen neuen Knochen überge gangen ist. Somit wird während dieser Zeit ein Bruch des Knochens verhindert.

Die kapillaren Porenkanäle in dem gesinterten porösen Körper verbinden die kugelförmigen Poren zumindest mit dem Außenraum des porösen Körpers. Auf diese Weise können osteolytische Zellen, Osteoblasten, Erythrozyten und Körperflüssig keit durch diese kapillaren Porenkanäle frei in den porösen Körper vordringen, wodurch die Bildung kapillarer Blut gefäße gefördert wird. Da jedoch der Durchmesser der kapillaren Porenkanäle 1-30, vorzugsweise 1-20 µm, beträgt, können keine Osteoklasten und Kollagenfasern in die in dem porösen Körper befindlichen kapillaren Porenkanäle eindringen, so daß sich ein abnormales Wachs tum von Kollagenfasern und ein Hartwerden des Knochen gewebes verhindern lassen. Somit wirken die in einem porösen Körper gemäß der Erfindung enthaltenen kapillaren Porenkanäle als Biofilter.

Wenn der Durchmesser der kapillaren Porenkanäle kleiner als 1 µm ist, wird das Eindringen von osteolytischen Zellen, Osteoblasten, Erythrozyten und Körperflüssig keit in den porösen Körper erschwert. Wenn andererseits der Durchmesser der kapillaren Porenkanäle über 30 µm liegt, können Osteoklasten und Kollagenfasern eindrin gen und wachsen, wodurch eine Regeneration des Kno chens inhibiert wird und das Nachbargewebe erhärtet.

In dem porösen keramischen Material gemäß der Erfindung ist mindestens ein Teil der Poren miteinander über mindestens einen Teil der zahl reichen kapillaren Porenwege mit dem Außenraum des gesinterten porösen Körpers verbunden. Auf diese Weise wird der Verbrauch des porösen Körpers und die Regeneration (Umwandlung) des lebenden Körpergewebes gefördert. Eine Knochenresorption mit zunehmendem Alter läßt sich auf diese Weise steuern.

Ein poröses keramisches Material gemäß der Erfindung läßt sich ohne Schwierigkeiten durch Behandeln der Form und Größe eines zu füllenden Defekts oder Antrums oder entsprechend der einzubettenden Prothese anpas sen. Ein keramisches Material gemäß der Erfindung kann auch zu einem Granulat einer Größe von 0,05-5 mm ver arbeitet werden.

Wird ein poröses keramisches Material gemäß der Erfin dung als Füllmittel oder prothetisches Material einge bettet, dringen durch die kapillaren Porenkanäle Blut, Körperflüssigkeit, osteolytische Zellen und Osteoblasten in den porösen Körper ein. Der poröse Körper selbst wird durch die in den kugelförmigen Poren wachsenden osteolytischen Zellen "verzehrt" und verbraucht. Gleichzeitig wird durch die Osteoblasten unter Umwandlung Knochengewebe regeneriert. Da die kugelförmigen Poren mit dem Außenraum des porösen Körpers verbindenden kapillaren Porenkanäle einen Durchmesser von 1-30 µm aufweisen, vermögen nahezu keine Osteoklasten oder Kollagenfasern in die kapillaren Porenkanäle in dem porösen Körper einzudringen, weswegen sich ein abnormales Wachstum und ein Hartwerden der Kollagenfasern ver hindern lassen. Folglich wird das weiche Gewebe des regenerierten Knochens durch die Kollagenfasern weder zerstört noch gehärtet. Ein poröses keramisches Material gemäß der Erfindung induziert also ein Knochenneuwachs tum und wird durch in einem lebenden Körper wachsendes normales Knochengewebe ersetzt.

Ein poröses keramisches Material, das in der geschilder ten Weise in normales Knochengewebe umgewandelt werden kann, ist neu. Ein solches poröses keramisches Material wurde erfindungsgemäß das erste Mal realisiert.

Ein poröses keramisches Material gemäß der Erfindung läßt sich nach verschiedenen Verfahrensvarianten her stellen.

Gegenstand einer ersten Verfahrensvariante ist ein Verfahren zur Herstellung des porösen Keramikkörpers, bei dem

- 100 Gew.-Teile Albumin bis zu einer Blasengröße von 3 bis 600 µm aufge schäumt werden,
- mit 30 bis 120 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung und
- 1 bis 5 Gew.-Teilen organischer Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm versetzt werden,
- das erhaltene Gemisch in eine Form der gewünschten Größe und Gestalt einge gossen und
- das geformte Gemisch zur Härtung des Albumins auf eine Temperatur von 120° bis 150° erwärmt wird,
- der gehärtete Formkörper zur Karbonisierung des Albumins und der organi schen Fasern auf eine Temperatur von 500° bis 700°C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmos phäre bei 800° bis 1350° gebrannt wird.

Vorzugsweise sollte die Teilchengröße des zur Herstel lung des porösen keramischen Materials gemäß der Erfin dung verwendeten pulverförmigen Calciumphosphatverbin dung 0,05-10 µm betragen. Insbesondere sollte die pulverförmige Calciumphosphatverbindung einen platten förmig gewachsenen, kristallinen Anteil und eine mittels eines Elektronenabtastmikroskops ermittelte Teilchengrößenverteilung besitzen, daß nicht mehr als 30% der Pulverteilchen eine Teilchengröße von mindestens 1 µm aufweisen und mindestens 70% der Teilchen des Pulvers eine Teilchengröße von unter 1 µm aufweisen.

Zur Ausbildung der die gewünschte Größe aufweisenden Blasen oder Poren in dem Albumin kann man sich beliebi ger Verfahren bedienen. So wird beispielsweise Albumin mit einem emulgierenden Mischer aufgeschlagen, worauf eine Probe des blasigen oder porigen Albumins auf einem Deckglas gesammelt wird, indem dieses über die flüssige Oberfläche des blasigen oder porigen Albumins gezogen wird. Danach wird die Größe des schaumigen Gebildes mit Hilfe eines Mikroskops bestimmt. Diese Maßnahmen werden so lange wiederholt, bis die gewünschte Größe erreicht ist. Danach wird mit dem aufgeschäumten Albumin eine gegebene Menge der pulverförmigen Calciumphosphat verbindung vermischt und verrührt. Zu diesem Zeitpunkt kann eine geringe Menge eines Blasen- oder Porensteuer mittels, z. B. eine Fettsäure, wie Öl oder Maleinsäure, und/oder ein aliphatischer Alkohol, wie Isopropanol oder Isobutanol, zugesetzt werden.

Das erhaltene Gemisch wird dann in eine vorher bestimmte Form und Größe gebracht. Die Formgebung erfolgt durch Gießen in eine Form.

Das ausgeformte Gemisch wird vorzugsweise 60-120 min lang auf eine Temperatur von 120-150°C erwärmt, um das Albumin zu härten. Vorzugsweise sollte die relative Feuchtigkeit der Heizatmosphäre auf 30-70% einge stellt werden. Ferner sollte vorzugsweise die Tempera tur gesteuert mit einer Geschwindigkeit von 5-10°C/min erhöht werden. Das gehärtete Albumin verstärkt das Netz werk der Blasen oder Poren.

Anschließend wird zur Karbonisierung des gehärteten Albumins das ausgeformte Gemisch vorzugsweise 120-180 min lang auf eine Temperatur von 500-700°C erhitzt. Schließlich wird das ausgeformte Gemisch noch zur Ent fernung des Karbonisierproduktes durch Wegbrennen und Sintern der pulverförmigen Calciumphosphatverbin dung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, beispiels weise an Luft, auf eine Temperatur von 800-1350°C, vorzugsweise 850-1200°C, erhitzt. Gewünschtenfalls kann die sauerstoffhaltige Atmosphäre Feuchtigkeit ent halten. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Erhitzungs dauer 1 bis 3 h.

Durch die Koagulation und Karbonisierung des Albumins und die Verbrennung des Karbonisierungsprodukts ent standene Gase entweichen aus dem Inneren des porösen Körpers zur Außenseite. Zu diesem Zeitpunkt entstehen zahlreiche kapillare Porenkanäle und Poren entsprechend den Blasen in dem aufgeschlagenen Albumin. Die kugelförmigen Poren stehen mit dem Außenraum des porösen Körpers durch die kapillaren Porenkanäle hindurch in Verbindung. Üblicher weise sind die kugelförmigen Poren auch miteinander durch die kapilla ren Porenkanäle verbunden.

Bei dem geschilderten Herstellungsverfahren werden 1-5 Gew.-Teil(e) organische Faser(n) eines Durchmessers von 1-30 µm zu sammen mit dem blasigen Albumin den 100 Teilen pulver förmiger Calciumphosphatverbindung zugesetzt werden. Die Faserlänge liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich von 5 bis 10 µm oder 1 bis 10 mm. In diesem Falle wird nach der Erwärmung zur Albumin härtung das ausgeformte Gemisch zur Karbonisierung des Albumins und der organischen Faser(n) vorzugsweise 120-180 min lang auf eine Temperatur von 500-700°C erhitzt. Das erhaltene Karbonisierungsprodukt wird durch Wegbrennen bei der folgenden Erhitzung zur Sinte rung entfernt.

Bei diesem Verfahren besteht die Wirkung der organischen Faser(n) darin, die Bildung von kapillaren Porenkanälen eines Durchmessers von 1-30 µm sicherzustellen. Die Art der verwendeten organischen Fasern ist nicht besonders kritisch, solange sie nur eine Länge von 1-10 mm und einen Durchmesser von 1-30 µm aufweisen und vollstän dig verbrannt werden können. Bevorzugt werden jedoch Fasern tierischer Herkunft, z. B. von Katzen, Marderhunden oder Mäusen, insbesondere Bauchhaarfasern, natürliche organische Fasern, wie Seidefasern oder Cellulosefasern, oder organische Kunstfasern, wie Polyester-, Poly propylen-, Polyamid- oder Polyacrylfasern.

Gegenstand einer weiteren Verfahrensvariante ist ein Verfahren gemäß Anspruch 6.

Bei dieser Verfahrensvariante kann dieselbe pulverförmige Calciumphosphatverbindung wie bei der ersten Verfahrens variante verwendet werden. Die pulverförmige, subli mierbare feste Substanz wird zugesetzt, um in den porö sen Körper kugelförmige Poren eines gewünschten Durchmessers von 3-600 µm zu erzeugen. Die Art der sublimierbaren Substanz ist nicht besonders kritisch, solange sie nur restlos auf einfache Weise bei einer Temperatur von 200-800°C sublimierbar ist. Üblicherweise verwendbare sublimierbare Substanzen sind Kampfer, Menthol und Naphthalin.

Das Gemisch aus pulverförmiger, sublimierbarer Substanz und der pulverförmigen Calciumphosphatverbindung wird durch Preßformen in die gewünschte Form und Größe überführt. Die Art und Weise des Preßformens ist nicht besonders kritisch. Üblicherweise bedient man sich mit statischem Druck arbeitender Preßformverfahren, z. B. eines Gummipreßverfahrens oder einer CIP-Methode.

Bei diesem Verfahren kann die Einstellung der Form und Teilchengröße der pulverförmigen, sublimierbaren Substanz und der Form und Größe der Poren noch einfacher gesteuert werden als bei dem unter Verwendung von Albumin durchgeführten Verfahren.

Bei dem mit der pulverförmigen, sublimierbaren Substanz durchgeführten Verfahren werden ferner 1-5 Gew.-Teile organischer Faser(n) eines Durchmessers von 1-30 µm zu den 100 Gew.-Teilen der pulverförmigen Calciumphosphatverbindung zugegeben. Die Faserlänge liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich von 5 bis 10 µm oder 1 bis 10 mm.

Wird das erhaltene Gemisch vorzugsweise 120-180 min lang auf eine Temperatur von 200-800°C erhitzt, wird die sublimierbare Substanz sublimiert und entfernt, während das organische Fasergemisch karbonisiert wird. Schließlich wird das Gemisch zum Wegbrennen des Karbonisierungsprodukts und Sintern der pulverförmigen Calciumphosphatverbindung vorzugsweise 1-3 h lang in einer sauerstoffhaltigen und erforderlichenfalls feuchtigkeitshaltigen Atmosphäre auf eine Temperatur von 800-1350°C erhitzt.

Bei dieser Verfahrensvariante bewirken die zugesetzten organischen Fasern die Bildung von kapillaren Porenkanälen eines Durchmessers von 1-30 µm. Verwendet werden können die bereits aufgeführten organischen Fasern.

Wird beim Einarbeiten der organischen Fasern oder der pulverförmigen, sublimierbaren Substanz in das Calciumphosphat ein flüchtiger, kurzkettiger Alkohol, wie Methanol oder Ethanol, mitverwendet, erhält man ohne Schwierigkeiten ein homogenes Gemisch, wobei sich die Teilchengröße der pulverförmigen, sublimierbaren Substanz steuern und die Haftung zwischen der pulverförmigen, sublimierbaren Substanz und den organischen Fasern verbessern läßt. Auf diese Weise wird auch die Bildung von kapillaren Porenkanälen zwischen den einzelnen Poren begünstigt.

Gegenstand einer weiteren Verfahrensvariante ist ein Verfahren gemäß Anspruch 7.

Die teilchenförmigen organischen Kunstharze einer Teilchengröße von 3-600 µm dienen zur Ausbildung von Poren einer Größe von 3-600 µm in dem porösen Körper. Die Art des verwendeten organischen Kunstharzes ist nicht besonders kritisch, sofern es sich nur bei einer Temperatur von 200-400°C thermisch zersetzt und aus dem porösen Körper entfernen läßt. Üblicherweise werden als organische Kunstharze thermoplastische Kunstharze, wie Polymethylmethacrylat, Polypropylen oder Polystyrol, insbesondere Polymethylmethacrylat, verwendet. Da das organische Kunstharz eine geeignete Steifigkeit besitzt, werden - wenn das teilchenförmige organische Kunstharz mit der pulverförmigen Calciumphosphatverbindung gemischt oder das erhaltene Gemisch einer Preßformung unterworfen wird - die kugeligen Teilchen weder verformt noch zerkrümelt, so daß man letztlich Poren einer Form und Größe, die genau der Form und Größe des verwendeten teilchenförmigen organischen Kunstharzes entsprechen, erhält.

Das Gemisch aus organischem Kunstharz in Form kugeliger Teilchen und pulverförmiger Calciumphosphatverbindung wird durch Preßformen in die gewünschte Form und Größe gebracht. Die Art und Weise des Preßformens ist nicht besonders kritisch, üblicherweise bedient man sich mit statischem Druck arbeitender Preßformverfahren, z. B. einer Gummipressung oder einer CIP-Methode. Das erhaltene ausgeformte Gemisch wird dann zur Entfernung des teilchenförmigen organischen Kunstharzes durch thermische Zersetzung 120-180 min lang auf eine Temperatur von 200-500°C, vorzugsweise 300-350°C, erhitzt. Hierbei bilden sich entsprechende Poren und von den gebildeten Poren ausgehende kapillare Porenkanäle.

Danach wird das ausgeformte Gemisch zum Sintern der pulverförmigen Calciumphosphatverbindung 1-30 h lang in sauerstoff- und erforderlichenfalls feuchtigkeitshaltiger Atmosphäre auf eine Temperatur von 800-1350°C, vorzugsweise von 850-1200°C, erhitzt. Selbst wenn noch ein thermischer Zersetzungsrückstand des teilchenförmigen organischen Kunstharzes zurückbleibt, wird dieser bei der zum Sintern vorgenommenen Erhitzung weggebrannt und entfernt.

Bei dem unter Verwendung des teilchenförmigen organischen Kunstharzes durchgeführten Verfahren werden 1-5 Gew.-Teil(e) organische Faser(n) eines Durchmessers von 1-30 µm den 100 Gew.-Teilen der pulverförmigen Calciumphosphatverbindung zugemischt. Die Faserlänge liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich von 5 bis 10 µm oder 1 bis 10 mm. Die Art und der Einfluß der organischen Faser(n) sind dieselben wie bereits beschrieben.

Bei einer weiteren Verfahrensvariante unter Mitverwendung eines teilchenförmigen organischen Kunstharzes werden den 100 Gew.-Teilen der pulverförmigen Calciumphosphatverbindung zusätzlich 2-5 Gew.-Teile einer teilchenförmigen, sublimierbaren, festen Substanz einer Teilchengröße von 3-600 µm zugesetzt. Es können die gleichen sublimierbaren Substanzen - wie bereits beschrieben - verwendet werden. Ferner werden bei der unter Verwendung des teilchenförmigen organischen Kunstharzes durchgeführten Verfahrensvariante den 100 Gew.-Teilen der pulverförmigen Calciumphosphatverbindung auch noch 1-5 Gew.-Teile organische Faser(n) eines Durchmessers von 1-30 µm zugefügt. Die Faserlänge liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich von 5 bis 10 µm oder 1 bis 10 mm. Die Arten und Wirkungen der organischen Fasern und teilchenförmigen, sublimierbaren, festen Substanz wurden bereits beschrieben.

Ein poröses keramisches Material gemäß der Erfindung besitzt weitgehend kugelförmige Poren einer Größe von 3-600, vorzugsweise 3-300 µm und kapillare Porenkanäle eines Durchmessers von 1-30, vorzugsweise 1-20 µm. Da die kapillaren Porenkanäle als Biofilter wirken, steuern sie das Eindringen und eine abnormale Entwicklung von Kollagenfasern, das Hartwerden des Knochengewebes durch katalytische Wirkung von Kollagenfasern und das Eindringen von Osteoklasten, die eine Knochenneubildung inhibieren. Weiterhin wird ein Hartwerden von Kollagenfasern infolge ihrer abnormalen Entwicklung verhindert. Lediglich osteolytische Zellen, Osteblasten, Erythrozyten, und Körperflüssigkeit werden selektiv eindringen gelassen. Darüber hinaus begünstigen die Poren einer speziellen Porengröße die Aktivierung von osteolytischen Zellen und Osteoblasten bei einem Zellenspiegel. Wenn folglich ein keramisches Material gemäß der Erfindung verwendet wird, wird es möglich, eine Knochenneubildung einzuleiten und eine Knochenumwandlung zu bewirken, wobei eine gute Verträglichkeit mit lebendem Gewebe gewährleistet ist.

Bei einem porösen keramischen Material gemäß der Erfindung muß mindestens ein Teil der Poren über die kapillaren Porenkanäle mit dem Außenraum und mindestens ein Teil der weitgehend kugelförmigen Poren durch die kapillaren Porenkanäle miteinander verbunden sein. Vorzugsweise sollten über die kapillaren Porenkanäle sämtliche Poren miteinander und mit dem Außenraum in Verbindung stehen. Bei den kapillaren Porenkanälen in dem porösen keramischen Körper gemäß der Erfindung handelt es sich um sehr feine Kanäle mit Durchmessern von 1-30, vorzugsweise von 1-20 µm. Folglich läßt sich in höchst wirksamer Weise eine Knochenneubildung bewerkstelligen. Insbesondere dann, wenn das poröse keramische Material in einem bestimmten Knochen eingebettet wird, wird - da der Durchmesser der kapillaren Porenkanäle nur 1-30, vorzugsweise 1-20 µm beträgt - nahezu kein Eintritt von Kollagenfasern in die kapillaren Porenkanäle ermöglicht und eine Verhärtung von Kollagenfasern verhindert. Lediglich osteolytische Zellen, Osteoblasten, Erythrozyten und Körperflüssigkeit, die für eine wirksame Einleitung einer Knochenneubildung benötigt werden, werden selektiv durch die kapillaren Porenkanäle eindringen gelassen, was dazu führt, daß zunächst ein sehr weicher Knochen gebildet wird. Diese Struktur entwickelt sich schrittweise nach außen, wobei eine Organisation des Knochens stattfindet. Es entsteht eine Struktur mit Mark im inneren Teil und gehärtetem Gewebe im Umfangsteil, und zwar wie im Falle eines natürlichen menschlichen oder tierischen Knochens.

Im Falle eines üblichen porösen Apatitkörpers wird zwar eine Knochenneubildung eingeleitet, da jedoch die Größe und Form der Poren nicht gesteuert werden kann und die Poren ein Eindringen von Kollagenfasern erlauben, verhärtet der eingebettete poröse Körper durch die katalytische Wirkung und abnormale Entwicklung von Kollagenfasern. Dadurch besteht eine Gefahr einer Entzündung an einem Teil nahe dem eingebetteten Teil oder der Entstehung von Krebs.

Im Falle eines porösen keramischen Körpers gemäß der Erfindung entsteht aus den bereits genannten Gründen eine Struktur, die der Struktur von natürlichem, menschlichem oder tierischem Knochen sehr ähnlich ist. Man erhält also eine Struktur mit Mark im zentralen Teil und einem Gewebe zunehmender Knochendichte im Umfangsteil. Diese Struktur unterscheidet sich von einer Struktur lediglich aus gehärtetem Bein oder Knochen, die sich bei Verwendung des üblichen porösen Apatitkörpers bildet. Bei Verwendung eines keramischen Materials gemäß der Erfindung erhält man einen zähen neugebildeten Knochen derselben Struktur wie sie natürlicher Knochen aufweist.

Wenn das poröse keramische Material in einen vorhandenen Knochen eingebettet wird, wird der poröse Körper gemäß der Erfindung "verzehrt" und aufgebraucht. Stattdessen entsteht ein neugebildeter Knochen derselben Struktur, wie sie natürlicher Knochen aufweist. Es bildet sich hierbei ein zäher und flexibler Knochen, der über lange Zeit hinweg nicht toxisch ist. Wie bereits ausgeführt, wird zunächst, wie im Falle eines natürlichen Knochens, ein weicher Knochen entsprechend dem Mark gebildet, wenn man den porösen keramischen Körper gemäß der Erfindung der angegebenen speziellen Struktur verwendet. Das Mark organisiert sich nach außen hin, wobei die Knochendichte steigt. Im Ergebnis erhält man einen weichen und flexiblen Knochen, der natürlichem, menschlichen oder tierischem Knochen stark ähnelt.

Ein poröses keramisches Material gemäß der Erfindung mit kapillaren Porenkanälen und weitgehend kugelförmigen Poren läßt sich nicht nur als biologischer Filter, sondern auch als Zwischenprodukt auf dem Gebiet der Gentechnologie einsetzen.

Wird ein poröses keramisches Material der beschriebenen Art in einen defekten menschlichen oder tierischen Knochen eingelagert oder eingebettet, wirkt es als Biofilter, d. h. es läßt lediglich osteolytische Zellen, Osteoblasten, Erythrozyten und Körperflüssigkeiten selektiv in sich selbst eindringen. Osteoklasten und Kollagenfasern werden nahezu nicht eintreten gelassen. Auf diese Weise entsteht ein neugebildeter Knochen derselben Struktur, wie sie natürlicher menschlicher oder tierischer Knochen aufweist. Ein poröses keramisches Material gemäß der Erfindung eignet sich somit insbesondere zur Einleitung einer Knochenneubildung, zur Steuerung der Knochenresorption mit fortschreitendem Alter und somit zur Heilung oder Linderung von Knochendefekten.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus 100 g Albumin und 3 g Ölsäure wird mit Hilfe eines emulgierenden Mischers aufgeschlagen. Zusätzlich beim Aufschlagen des Albumins werden 5 g Polypropylenfasern einer Länge von 5-10 µm und eines Durchmessers von 3-10 µm zugegeben. Von Zeit und Zeit wird zur Probensammlung ein Deckglas über die flüssige Oberfläche (des aufgeschlagenen Gemisches) gezogen. Die hierbei entnommenen Proben werden mittels eines Mikroskops betrachtet. Das Aufschlagen wird in der geschilderten Weise fortgesetzt, bis die Mindestgröße der Blasen des Albumins 3 µm beträgt.

Das blasige Albumin wird nun mit 90 g synthetischen Hydroxylapatits [Ca₅(PO₄)₃OH, Ca/P-Atomverhältnis: 1,67; Teilchengröße: 0,05-10 µm] versetzt. Danach wird das erhaltene Gemisch durch Gießen in eine Form ausgeformt. Das ausgeformte Gemisch wird mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 10°C/min in einer Atmosphäre einer relativen Feuchtigkeit von 30% auf eine Temperatur von 150°C erwärmt und 180 min lang bei der angegebenen Temperatur belassen, um das Albumin auszuhärten und ein Netzwerk der Blasen zu bilden. Danach wird das ausgeformte Gemisch zur Karbonisierung des gehärteten Albumins und der Fasern 120 min lang auf eine Temperatur von 500°C erhitzt. Schließlich wird das ausgeformte Gemisch 60 min lang an Luft auf eine Temperatur von 1000°C erhitzt, um das Hydroxylapatitpulver zu sintern.

Der erhaltene poröse Körper besitzt eine Porosität von 76%.

Wird der poröse Körper mit Hilfe eines Mikroskops untersucht, zeigt es sich, daß darin zahlreiche Poren einer Größe von 10-500 µm und zahlreiche kapillare Porenkanäle eines Durchmessers von 5-10 µm enthalten sind. Die Poren sind über die kapillaren Porenkanäle mit dem Außenraum und untereinander verbunden.

Aus dem erhaltenen porösen Körper wird ein würfelförmiger Prüfling einer Größe von 1 cm×1 cm×1 cm ausgeschnitten, worauf dessen Druckfestigkeit in einer Richtung bestimmt wird. Es zeigt sich, daß diese 981 kPa beträgt.

Beispiel 2

Handelsüblicher Kampfer wird pulverisiert. Aus dem erhaltenen Pulver werden Teilchen einer Teilchengröße von 3-600 µm abgesiebt. Zusätzlich werden 5 g der in Beispiel 1 verwendeten Polypropylenfasern mitverwendet. Mit letzteren Kampferteilchen werden 40 g des in Beispiel 1 verwendeten pulverförmigen Hydroxylapatits homogen gemischt, worauf das erhaltene Gemisch unter einem statischen Druck von 196 kPa mittels einer Gummiformpresse gepreßt und 10 min lang liegengelassen wird. Danach wird das ausgeformte Gemisch 180 min lang auf eine Temperatur von 350°C, weitere 120 min lang auf 500°C zur Karbonisierung der Fasern und schließlich 60 min lang an Luft auf eine Temperatur von 1000°C erhitzt.

Der erhaltene poröse Formling besitzt eine Porosität von 68% und eine Druckfestigkeit in einer Richtung von 2747 kPa. Er besitzt zahlreiche Poren einer Größe von 100-500 µm (im Durchschnitt 300 µm) und zahlreiche kapillare Porenkanäle eines Durchmessers von 5-10 µm.

Beispiel 3

60 g reinkugelige Polymethylmethacrylatteilchen einer Teilchengröße von 30-300 µm (durchschnittliche Teilchengröße: etwa 100 µm), 50 g des in Beispiel 1 verwendeten teilchenförmigen Hydroxylapatits und eine geringe Menge Methanol werden unter Erwärmen homogen gemischt. Dem Gemisch werden zusätzlich 2 g desinfizierter und entfetteter Bauchhaare einer Katze (gefrorenes Katzenbauchhaar mittels eines Kryostaten geschnitten und getrocknet; Durchmesser: 2-10 µm; Länge: 5 bis 10 mm) einverleibt. Unmittelbar vor einer ausreichenden Trocknung wird das Gemisch etwa 10 min lang mittels einer Gummiformpreßvorrichtung unter einem statischen Druck von 96 kPa ausgeformt. Das ausgeformte Gemisch wird zur thermischen Zersetzung der Polymethylmethacrylatteilchen 180 min lang auf eine Temperatur von 350°C, dann zur Karbonisierung des Katzenhaars 120 min lang auf 750°C und anschließend 1 weitere h lang auf eine Temperatur von 1000°C erhitzt.

Der erhaltene poröse Körper besitzt eine Porosität von 73% und eine Druckfestigkeit in einer Richtung von 8829 kPa. Es lassen sich kugelige Poren einer Größe von 30-300 µm und kapillare Porenkanäle feststellen. Weiterhin läßt sich bestätigen, daß sich zahlreiche kapillare Porenkanäle eines Durchmessers von 2-10 µm gebildet haben.

Beispiel 4

Die Maßnahmen des Beispiels 3 werden wiederholt, wobei jedoch dem Gemisch aus Polymethylmethacrylatteilchen pulverförmigem Hydroxylapatit 3 g Kampferpulver einer Teilchengröße von 3-600 µm sowie 2 g des in Beispiel 3 verwendeten Katzenhaars zugesetzt werden. Unter Zusatz von Methanol wird das Gemisch durchgeknetet und dann auf einer Gummipreßformvorrichtung ausgeformt.

Nach dem Erhitzen auf 350°C wird das ausgeformte Gemisch zur Karbonisierung des Katzenhaars und Entfernung des Kampfers durch Sublimation 120 min lang auf 750°C weitererhitzt.

Der erhaltene Sinterkörper besitzt eine Porosität von 76% und eine Druckfestigkeit von 10791 kPa. Ferner besitzt der poröse Körper kugelige Poren und kapillare Porenkanäle ähnlich dem Porenkörper von Beispiel 3. Von den Porenkanälen besitzen zahlreiche einen Durchmesser von 2-10 µm.

Beispiel 5

Aus den porösen Körpern gemäß den Beispielen 1 bis 4 werden säulenförmige Prüflinge eines Durchmessers von 0,5 cm und einer Länge von 1 cm ausgeschnitten und in chirurgisch erzeugte Schenkelknochendefekte von Beagle- Hunden eingesetzt. Zwei Wochen nach der Einbettung erfolgt zur Beobachtung ein Einschnitt. In jedem Falle ist in den kugeligen Poren eine deutliche Knochenneubildung feststellbar. Nach 2 bis 3 Monaten läßt sich die Entwicklung eines neugebildeten Knochens zu seinem Inneren feststellen. Auf diese Weise bestätigt sich, daß die sogenannte Umwandlung günstig fortschreitet, ohne daß es zu einem abnormalen Wachstum von Kollagenfasern oder zu einem Hartwerden des Gewebes kommt.

Beispiel 6

60 g echtkugelige Polymethylmethacrylatteilchen einer Teilchengröße von 30-300 µm (durchschnittliche Teilchengröße: etwa 100 µm), 50 g Hydroxylapatitteilchen [Ca₅(PO₄)₃OH, Ca/P-Atomverhältnis: 1,67; Teilchengröße: 0,05-10 µm], 3 g Kampferpulver einer Teilchengröße von 300 µm, durch Schneiden eines desinifizierten, entfetteten und gefrorenen Bauchhaares einer Katze erhaltene Fasern eines Durchmessers von 2-10 µm und einer Länge von 5-10 mm, und eine geringe Menge Methanol werden miteinander unter Erwärmen homogen gemischt. Vor einem ausreichenden Trocknen wird das Gemisch unter einem statischen Druck von 196 kPa 10 min lang mittels einer Gummipresse ausgeformt. Das ausgeformte Gemisch wird zur thermischen Zersetzung der Polymethylmethacrylatteilchen 180 min lang auf eine Temperatur von 350°C und dann 1 h lang auf 1000°C erhitzt.

Der erhaltene Sinterkörper besitzt eine Porosität von 73% und eine Druckfestigkeit in einer Richtung von 10791 kPa. Er enthält zahlreiche echtkugelige Poren einer Größe von 30-300 µm und zahlreiche kapillare Porenkanäle eines Durchmessers von 2-10 µm.

Aus den porösen Körpern gemäß Beispiel 6 werden säulenförmige Prüflinge eines Durchmessers von 0,5 cm und einer Länge von 1 cm ausgeschnitten und in chirurgisch erzeugte Schenkelknochendefekte eines Beagle-Hundes eingesetzt. Zwei Wochen nach der Einbettung erfolgt zur Beobachtung ein Einschnitt. Es ist in den kugeligen Poren eine deutliche Knochenneubildung feststellbar. Nach 2 bis 3 Monaten läßt sich die Entwicklung eines neugebildeten Knochens vom Umfangsteil des porösen Körpers zu seinem Inneren feststellen. Auf diese Weise bestätigt sich, daß die sogenannte Umwandlung günstig fortschreitet, ohne daß es zu einem abnormalen Wachstum von Kollagenfasern oder zu einem Hartwerden des Gewebes kommt.

Die Ergebnisse der optischen mikroskopischen Untersuchungen bestätigen, daß osteolytische Zellen und Osteoblasten selektiv (in den porösen Körper) eingedrungen sind und sich in den Poren des porösen Körpers gemäß der Erfindung befinden.

Claims

1. Osteogenetisches keramisches Material

- in Form eines gesinterten Körpers mit einer Porosität von 40 bis 90%
- aus einer Calciumphosphat-Verbindung, in der das Atomverhältnis Ca : P im Bereich von 1,30 bis 1,80 liegt,
- in welchem zahlreiche, weitgehend kugelförmige Poren mit einem Durchmesser von 3 bis 600 µm ausgebildet und
- über zahlreiche kapillare Porenkanäle mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm miteinander in Verbindung stehen, und
- bei dem mindestens ein Teil der Poren über mindestens einen Teil der kapillaren Porenkanäle mit dem Außenraum des gesinterten porösen Körpers in Verbindung steht.

2. Keramisches Material nach Anspruch 1, bei dem die Calciumphosphat-Verbindung aus Hydroxylapatit besteht.

3. Keramisches Material nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Durchmesser der weitgehend kugelförmigen Poren im Bereich von 3 bis 300 µm liegt.

4. Keramisches Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Durchmesser der kapillaren Porenkanäle im Bereich von 1 bis 20 µm liegt.

5. Verfahen zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem

- 100 Gew.-Teile Albumin bis zu einer Blasengröße von 3 bis 600 µm aufgeschäumt werden,
- mit 30 bis 120 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung und
- 1 bis 5 Gew.-Teilen organischer Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm versetzt werden,
- das erhaltene Gemisch in eine Form der gewünschten Größe und Gestalt eingegossen und
- das geformte Gemisch zur Härtung des Albumins auf eine Temperatur von 120° bis 150°C erwärmt wird,
- der gehärtete Formkörper zur Karbonisierung des Albumins und der organischen Fasern auf eine Temperatur von 500° bis 700°C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei 800° bis 1350°C gebrannt wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem

- 20 bis 300 Gew.-Teile einer teilchenförmigen, sublimierbaren, festen Substanz einer Teilchengröße von 3 bis 600 µm und
- 1 bis 5 Gew.-Teile organische Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm mit
- 100 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung vermischt werden,
- das erhaltene Gemisch durch Preßformen in die gewünschte Form und Größe gebracht wird,
- der Formkörper zur Entfernung der sublimierbaren Substanz und zur Karbonisierung der organischen Fasern auf eine Temperatur von 200° bis 800°C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei 800° bis 1350°C gebrannt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem

- 25 bis 380 Gew.-Teile eines teilchenförmigen, organischen Kunstharzes einer Teilchengröße von 3 bis 600 µm und
- 1 bis 5 Gew.-Teile organische Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm mit
- 100 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung vermischt werden,
- das erhaltene Gemisch durch Preßformen in die gewünschte Form und Größe gebracht wird,
- der Formkörper zur Entfernung des organischen Kunstharzes und zur Karbonisierung der organischen Fasern auf eine Temperatur von 200° bis 800°C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei 800° bis 1350°C gebrannt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem

- 25 bis 380 Gew.-Teile eines teilchenförmigen, organischen Kunstharzes einer Teilchengröße von 3 bis 600 µm,
- 2 bis 5 Gew.-Teile einer teilchenförmigen, sublimierbaren, festen Substanz einer Teilchengröße von 3 bis 600 µm und
- 1 bis 5 Gew.-Teile organischen Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 30 µm mit
- 100 Gew.-Teilen einer pulverförmigen Calciumphosphat-Verbindung vermischt werden,
- das erhaltene Gemisch durch Preßformen in die gewünschte Form und Größe gebracht wird,
- der Formkörper zur Entfernung des organischen Kunstharzes, der sublimierbaren Substanz und zur Karbonisierung der organischen Fasern auf eine Temperatur von 200° bis 800°C erhitzt wird und
- schließlich der Formkörper zur Entfernung des Karbonisierungsproduktes und zur Sinterung der Calciumphosphat-Verbindung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei 800° bis 1350°C gebrannt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, bei dem Kampfer, Menthol und/oder Naphthalin als sublimierbare, feste Substanz verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem teilchenförmiges, organisches Kunstharz mit einer Teilchengröße von 10 bis 300 µm verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 10, bei dem Polymethylmethacrylat, Polypropylen und/oder Polystyrol als organisches Kunstharz verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem tierische Fasern, Seidenfasern, Cellulosefasern und/oder organische Kunstfasern als organische Fasern mit einer Länge von 5 bis 10 µm oder 1 bis 10 mm verwendet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei dem eine pulverförmige Calciumphosphat-Verbindung mit einer Teilchengröße von 0,05 bis 10 µm verwendet wird.

14. Verwendung des porösen Keramikkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Knochenneubildung in menschlichen oder tierischen Körpern.