DE60020526T2

DE60020526T2 - Osteogene pastenzusammensetzungen und ihre verwendung

Info

Publication number: DE60020526T2
Application number: DE60020526T
Authority: DE
Inventors: F. William MCKAY
Original assignee: SDGI Holdings Inc
Current assignee: Warsaw Orthopedic Inc
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2020-02-05
Also published as: US8101676B2; AU2756400A; US20040002558A1; DE60020526D1; CA2362046A1; JP4732587B2; US7172629B2; ES2242600T3; US20070128249A1; JP2002536076A; EP1150725A1; AU770196B2; WO2000045870A1; ATE296643T1; EP1150725B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Gegenstand der Erfindung sind im Allgemeinen osteogene Pastenzsuammensetzungen enthaltend einen pastenförmigen Träger und einen osteogenen Faktor. In einem spezifischen Aspekt betrifft diese Erfindung osteogene Pastenzusammensetzungen enthaltend einen pastenförmigen Träger, einen osteogenen Faktor und eine erhebliche Mineralkomponente zur Bereitstellung eines dauerhaften Gerüstes für das Knochenwachstum. Außerdem sind auch Verfahren zur Herstellung und Verwendung der osteogenen Pastenzusammensetzungen beschrieben.
HINTERGRUND
Knochentransplantate werden – als weiterer Hintergrund – häufig zur Augmentierung der Heilung bei der Behandlung einer breiten Reihe von muskuloskelettalen Erkrankungen verwendet. Transplantationen sind bei der Rekonstruktion oder beim Ersatz von Knochendefekten, zur Augmentierung der Frakturreparatur, zur Verstärkung von Arthrodesen und zur Füllung von Defekten nach der Behandlung von Tumoren wirksam gewesen. Autotransplantationsverfahren sind seit über 100 Jahren bekannt und schließen die Verwendung von kortikalem und spongiösem Knochen als Transplantatmaterial ein. Die Verwendung von Autotransplantaten geht mit mehreren schwerwiegenden Nachteilen einher, einschließlich der begrenzten Menge von zur Verfügung stehendem potenziellem Spendermaterial, der Notwendigkeit von zwei chirurgischen Eintrittsstellen am Patienten, einer höheren Inzidenz für Morbidität an der Spenderstelle, der langwierigen und komplexen Natur der Verfahren, insbesondere wenn vaskularisierte Transplantate beteiligt sind und der Tatsache, dass gespendeter Knochen selten genau der Größe und Form entspricht, damit er mit den Erfordernissen der Implantationsstelle übereinstimmt. Allotransplantate können auch in analogen Verfahren verwendet werden. Allotransplantate besitzen Vorteile dahingehend, dass sie am Patienten einen chirurgischen Eingriff an zwei Stellen vermeiden und das Morbiditätsrisiko an der Spenderstelle eliminieren. Allotransplantate weisen jedoch ein erhöhtes Risiko einer Krankheitsübertragung und immunogener Implantatabstoßung auf. Verfahren, die zur Reduktion dieser neuen Risiken eingesetzt werden, vermindern inhärent die Lebensfähigkeit der Allotransplantate als wirksame Implantatmaterialien. Verfahren mit Allotransplantaten bleiben auch langwierig und komplex, leiden an begrenztem Ausgangsmaterial und weisen die gleichen Limitationen hinsichtlich der Größe und Form der Implantate auf, um den Anforderungen der Implantatstelle optimal angepasst werden zu können.
Es wurden eine Anzahl an Zusammensetzungen zur Augmentierung oder zum Ersatz autologer und allogener Verfahren zur Reduktion oder Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile eingesetzt. Es wurde gezeigt, dass Keramikstoffe, wie zum Beispiel Hydroxyapatit, Tricalciumphosphat (TCP) und korallines Hydroxyapatit vorteilhafte osteokonduktive Matrices zur Verwendung als Füllstoffe und/oder Expander des Knochentransplantatmaterials darstellen. Keramikstoffe können Kompressionsfestigkeit zufügen, es mangelt ihnen aber an osteoinduktiven Eigenschaften, und wenn sie allein verwendet werden, mangelt es ihnen an Scherungs- und Zugfestigkeit. R.W. Buchholz, A. Carlson, R.E. Holmes, Hydroxyapatite and tricalcium phosphate bone graft substitutes. Orthop. Clin. North Am., Vol. 18(2), 1987, S. 323–334 und R.W. Buchholz, A. Carlson, R.E. Holmes, Interporous hydroxyapatite as a bone graft substitute in tibial plateau fractures, Clin. Orthop., Vol. 240, 1989, S. 53–62. In Tierstudien wurde weiter gezeigt, dass solche Keramikstoffe zur Bereitstellung vorteilhafter Mengen an Osteoprogenitorzellen und anderer osteogener Faktoren mit Mark gefüllt werden können. H. Ohgushi, V.M. Goldberg, A.I. Caplan, Heterotopic osteogenesis in porous ceramics induced by marrow cells, J. Orthop. Res., Vol. 7, 1989, S. 568–578.
Die auf Calciumphosphat basierenden Keramikstoffe unterscheiden sich, nachdem sie implantiert sind, hinsichtlich ihrer Resorptionsmerkmale sehr weitgehend. Zusätzlich zu anderen Faktoren tendiert die Resorptionsrate mit der Oberfläche des Keramikstoffes zuzunehmen, was wiederum von der Partikelform, -größe, -dichte und -porosität des Keramikstoffs abhängig ist. TCP wird 10- bis 20-mal schneller abgebaut als Hydroxyapatit. Wenn mit einem TCP-Implantat neue Knochenentwicklung etabliert ist, wird das TCP – auch teilweise aufgrund dessen – in den Endphasen der Knochenbildung im Allgemeinen besser remodelliert als Hydroxyapatit. Es ist bemerkenswert, dass TCP von Osteoklastenzellen resorbiert wird, wohingegen die viel langsamere Resorption des Hydroxyapatits hauptsächlich von den Fremdkörpeniesenzellen bewirkt wird. Die Riesenzellen sind bezüglich der von ihnen resorbierten Hydroxyapatitmenge limitiert.
Reine Keramikstoffe bieten keine optimalen Handhabungsmerkmale während der Implantation, sie bieten aber ausgezeichnete Biokompatibilitätseigenschaften und tendieren dazu, sich gut an den vorhandenen Knochen zu binden. Ohgushi et al. lehren die Verwendung der Markinfiltration von Keramikstoffen, während andere verschiedene Bindemittel mit granulierten Keramikstoffen zur Formulierung formbarer Pasten aufweisen, die sich zur Bereitstellung stabiler Implantate der gewünschten Form und Größe verfestigen. C.P. Desilets, L.J. Marden, A.L. Patterson und J.O. Hollinger, Development of synthetic bone-repair materials for craniofacial reconstruction, J. Craniofacial Surgery, Vol. 1(3), 1990, S. 150–153.
Präparationen aus demineralisierter Knochenmatrix (DBM) wurden zur Verwendung als Kochenimplantatmaterial gründlich untersucht. DBM wird mithilfe der Säureextraktion von Mineralen aus dem Knochen hergestellt. Sie schließt die Kollagenmatrix des Knochens zusammen mit in Säure unlöslichen Proteinen, einschließlich knochenmorphogenetischen Proteinen (BMPs) und andere Wachstumsfaktoren ein. DBM kann als zerkleinertes Granulat, Pulver oder Splitter verarbeitet werden. Es kann zur Verwendung als Granulat, Gele, Schwammmaterial oder Kitt formuliert und kann zur Lagerung gefriertgetrocknet werden. Die zum Schutz vor Krankheitsübernagung erforderlichen Sterilisationsverfahren können die Aktivität von vorteilhaften Wachstumsfaktoren in der DBM reduzieren. DBM stellt eine initiale osteokonduktive Matrix bereit und weist einen Grad des osteoinduktiven Potenzials auf, wobei die Infiltration und Differenzierung der Osteoprogenitorzellen aus den umgebenden Geweben induziert wird. Der DBM mangelt es an struktureller Festigkeit, und sie ist deshalb nur zum Füllen gut gestützter, stabiler skelettaler Defekte, wie zum Beispiel Zysten, einfacher Frakturen und als Füllstoffe für Auto- und Allotransplantate nützlich. Beispiele gewerblich erhältlicher DBM-Produkte stellen die Grafton^® Allogene Knochenmatrix von Osteotech, Shrewsbury, NJ, und Dynagraft^® von Gensci Regeneration Laboratories, Irvine, CA, dar.
Verschiedene Kombinationen der vorstehend erwähnten Knochenimplantatmaterialien wurden hergestellt mit dem Wunsch, die Vorteile der individuellen Komponenten ohne ihre individuellen Nachteile zu erhalten. Einige Kombinationen war ein gewisser Erfolg beschieden, Y. Yamazaki, S. Shioda und S. Oida, Experimental Study on the Osteo-Induction Ability of Calcium Phosphate Biomaterials with added Bone Morphogenic Protein, Transaction of the Society for Biomaterials, 1986, S. 111, lehren jedoch, dass nicht alle Kombinationen von Elementen, von denen bekannt ist, dass sie für Knochenimplantatmaterialien hinsichtlich ihrer vorteilhaften Merkmale additiv oder als Composite-Implantatmaterialien individuell wirksam sind. Yamazaki et al. ermittelten, dass das osteoinduktive Potenzial von DBM vorteilhaft und osteogene Proteinextrakte davon durch das Zufügen von TCP oder Hydroxyapatit inhibiert werden. Es wurde bisher noch keine osteogene Zusammensetzung gefunden, die im Allgemeingebrauch optimal ist, und die klinischen Ergebnisse variieren, selbst mit scheinbar gut definierten Zusammensetzungen, sehr weitgehend. Es besteht weiterhin ein Bedarf an verbesserten osteogenen Implantatmaterialien, die konsistent stark osteoinduktiv, osteokonduktiv und bei chirurgischen Verfahren leicht formbar sind und die Festigkeit und Stabilität für die Knochenneubildung während der frühen Phasen der Knochenentwicklung bereitstellen, die aber im Wesentlichen bis zum Ende des osteogenen Vorgangs vollkommen in den Knochen inkorporiert und remodelliert sind.
Zusammensetzungen aus gemischten Keramikstoffen aus TCP/Hydroxyapatit und Kollagen sind gewerblich erhältlich und können durch Füllen mit autologem Knochenmark vor der Implantation verstärkt werden. Die Composite sind als Pasten oder weiche Streifen erhältlich und tendieren dazu, von der Implantationsstelle wegzufließen. Das Implantat muss deshalb sorgfältig an der Stelle zurückgehalten werden, bis das Composite und jedwede Blutung in der Umgebung vollkommen koaguliert sind.
Zusammensetzungen aus Knochengel, das als GRAFTON^® bekannt ist (siehe US-Patent Nr. 5,481,601), umfassend Glyzerin und DBM, wurden einzeln und mit sandähnlichem Pulver vermischt verwendet. Solche Zusammensetzungen wurden zum Füllen von Knochenhohlräumen, Rissen und Kavitäten verwendet. GRAFTON^® ist in flexiblen Folien oder als ein Kitt erhältlich, wobei die Zusammensetzung während der Implantation folglich leichter formbar ist. Solche Zusammensetzungen tendieren wiederum dazu, von der Implantationsstelle wegzufließen.
Jefferies lehrt in US-Patenten 4,394,370 und 4,472,840 die Zusammensetzung eines Knochenimplantatmaterials aus Kollagen und DBM oder solubilisiertem BMP, das optional mit Glutaraldehyd vernetzt ist.
Caplan et al. beschreiben in US-Patent 4,620,327 die Kombination und partielle Immobilisierung durch chemische Vernetzung von löslichen Knochenproteinen mit einer Anzahl an zu implantierenden Feststoffen zur Knochenreparatur/-inkorporation, einschließlich xenogener Knochenimplantate, Allotransplantaten, biologisch abbaubarer Massen und prothetischer Vorrichtungen zur Verstärkung neuer Knochen- oder Knorpelbildung. Ries et al. beschreiben in US-Patent 4,623,553 die Glutaraldehyd- oder Formaldehyd-Vernetzung von Kollagen und Hydroxyapatit oder TCP. Ries schließt keine osteoinduktiven Elemente ein und es wird nur für osteokonduktiv gehalten.
Einige Forscher haben die Verwendung von Composites aus TCP und/oder Biopolymeren wie Polylactid, Polyglycolid oder ihre Copolymere und partikulären Knochenderivate oder BMP zur kraniofazialen Rekonstruktion vorgeschlagen. Die TCP und Biopolymere würden ein Gerüst für die Knochenneubildung bereitstellen. Die Knochenderivate und BMP würden Osteogenese über die langsame, flache Osteokonduktion, die durch TCP und Biopolymere allein induziert wurden, bereitstellen. Desilets, et al. Jefferies, in PCT WO 89/04646, beschreibt osteoinduktive Implantatmaterialien mit verstärkter Zugfestigkeit durch oberflächenaktivierende(s) DBM oder BMP mit Glutaraldehyd oder anderen geeigneten Vernetzungsmitteln, gefolgt vom Zufügen einer porösen festen Matrix, wobei die aktivierte DBM oder das BMP mit dem Feststoff zur Verstärkung der kohäsiven Festigkeit des Composites reagiert. Jefferies lehrt auch die Inkorporation von Therapeutika in die Matrix zur langsamen vorteilhaften Freisetzung davon, während des Verlaufs der Behandlung.
Angesichts dieses Hintergrunds besteht weiterhin ein Bedarf an verbesserten osteogenen Zusammensetzungen und Verfahren die das Knochenwachstum in Säugern, einschließlich Menschen, wirksam induzieren und unterstützen. Die vorliegende Erfindung spricht diesen Bedarf an.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gegenstand der Erfindung sind im Allgemeinen osteogene Pastenzusammensetzungen, einschließlich eines Pastenträgers, wie zum Beispiel Gelatinepaste und mindestens eines osteogenen Faktors, wie zum Beispiel BMP-2 oder eines anderen ähnlichen knochenmorphogenetischen Proteins. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere die Entdeckung, dass der Einschluss eines Osteoblasten- und Osteoklasten-stimulierenden osteogenen Faktors in einer pastenförmigen Zusammensetzung, einschließlich eines resorbierbaren Pastenträgers eine rasche und prämature Resorption des Trägers veranlasst. Diese rasche Resorption des Trägers kann die Kapazität der pastenförmigen Zusammensetzung zur wirksamen Stimulation und Unterstützung der Knochenneubildung in einem mit der Zusammensetzung gefüllten Hohlraum vermindern oder eliminieren. Dies ist insbesondere der Fall bei Primaten, einschließlich Menschen, bei denen die Rate von Knochenneubildung relativ langsam ist.
Demgemäß stellt eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform eine osteogene Pastenzusammensetzung bereit, die zur Induktion und Unterstützung von Knochenneuwachstum in einem Primaten wirksam ist. Die Implantatzusammensetzung umfasst einen resorbierbaren pastenförmigen Träger, einschließlich einer zum Beispiel aus einer Substanz hergestellten Paste, wie zum Beispiel Gelatine, Hyaluronsäure und/oder Carboxymethylcellulose. Die Zusammensetzung schließt auch eine wirksame Menge eines osteogenen Faktors ein, wie zum Beispiel ein knochenmorphogenetisches Protein, das sowohl Osteoblastenzellen als auch Osteoklastenzellen stimuliert. Die Zusammensetzung schließt zusätzlich einen erheblichen Anteil eines partikulären Minerals ein, das zur Bereitstellung eines Gerüsts zum Knocheneinwuchs bereitstellt, wenn der resorbierbare Pastenträger aufgrund der Stimulation der Osteoklastenzellaktivität bei einer gesteigerten Rate resorbiert wird. Es werden bevorzugt derartige erfindungsgemäße Zusammensetzungen bereitgestellt, worin der resorbierbare Pastenträger Gelatine einschließt und/oder worin der resorbierbare Pastenträger bei Temperaturen über der Körpertemperatur des Säugers, in den er implantiert werden soll, fließfähig ist, aber bei oder geringgradig über der Körpertemperatur in eine relativ nicht-fließfähige Masse übergeht.
Wichtig ist jedoch, dass die partikuläre Mineralmatrix einen erheblichen Anteil der Pastenzusammensetzung als ein Ganzes konstituiert, um ein wirksames Gerüst zum Knocheneinwuchs bereitzustellen. In den meisten Fällen weisen partikuläre Minerale eine durchschnittliche Partikelgröße zwischen ca. 0,050 und ca. 5,0 mm auf und machen ca. 20 Vol-% bis 80 Vol-% der Gesamtzusammensetzung, typischer höhere Konzentrationen von ca. 40 Vol-% bis ca. 80 Vol-% aus. Das partikuläre Mineral kann zum Beispiel ein natürliches oder synthetisches Mineral, z. B. ein Material einschließen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Knochenpartikeln, Bioglass^®, Tricalciumphosphat, Hydroxyapatit, biphasischem Calciumphosphat, korallinem Hydroxyapatit, biokompatibler Keramik und nicht-resorbierbarem biokompatiblem organischem Polymer. Biphasisches Calciumphoophat ist ein besonders bevorzugter synthetischer Keramikstoff zur erfindungsgemäßen Verwendung, der bevorzugt ein Gewichtsverhältnis von Tricalciumphosphat: Hydroxyapatit von ca. 80: 20 bis ca. 90: 10 aufweist.
In einigen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst das Mineral spongiöse oder kortikale Knochenpartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße zwischen ca. 0,50 und ca. 5,0 mm. Solche Knochenpartikel können von humaner oder nicht-humaner (z. B. boviner) Herkunft sein. In anderen Formen umfasst das Mineral Tricalciumphosphat, biphasisches Calciumphosphat oder Hydroxyapatit mit einer Partikelgröße von ca. 0,50 bis ca. 5,0 mm. In einem noch anderen erfindungsgemäßen Aspekt umfasst die Pastenzusammensetzung weiter demineralisierte Knochenmatrix. Das Gewichtsverhältnis von demineralisierter Knochenmatrix zu resorbierbarem Träger liegt bevorzugt zwischen ca. 1: 4 bzw. ca. 3: 2.
In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Form ist eine osteogene Pastenzusammensetzung zur Induktion von Knochenneuwachstum in einem Primaten bereitgestellt, umfassend:

(a) Einen resorbierbaren Pastenträger umfassend Gelatine, wobei der resorbierbare Pastenträger derartig formuliert ist, um bei Temperaturen oberhalb der Körpertemperatur des Säugers fließfähig zu sein und bei solcher Körpertemperatur zu einer nicht-fließfähigen Masse überzugehen;
(b) demineralisierte Knochenmatrix;
(c) ein knochenmorphogenetisches Protein, das Osteoblasten und Osteoklasten stimuliert, bevorzugter BMP-2 oder BMP-7; und
(d) kortikale oder spongiöse Knochenpartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von zwischen ca. 0,050 und ca. 5,0 mm, und wobei die Gesamtimplantatzusammensetzung ca. 20 Vol-% bis ca. 80 Vol-% ausmacht.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes osteogenes Implantatmaterial, das stark osteoinduktiv ist und das in präzise Formen entweder vor der Implantation oder während des chirurgischen Verfahrens selbst geformt werden kann. Gegenstand der Erfindung ist auch die Bereitstellung von Implantatmaterialien, die an der Implantationsstelle stabile Formen beibehalten und sich nicht verformen, nicht migrieren oder von der Implantationsstelle wegfließen, bevor die Ossifikation etabliert ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist signifikanterweise auch die Bereitstellung vorteilhafter Implantatmaterialien, die ein verstärktes osteoinduktives Potenzial aufweisen und eine Matrix bereitstellen, die während der Implantation verformbar ist, aber vor der Etablierung von Knochen in dem zu füllenden Hohlraum nicht resorbiert wird. Derartige bevorzugte Zusammensetzungen stellen ein Mineralgerüst zur Knochenneubildung bereit, das anschließend in die Knochenmatrix inkorporiert wird, sobald der neue Knochen maturiert. Diese und andere erfindungsgemäßen Gegenstände, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung ohne weiteres hervorgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt alkalische Phosphataseaktivität ex vivo als eine Funktion der Zeit für intramuskuläre Ratten-Implantate aus demineralisierter Knochenmatrix, einer Paste aus Gelatine und demineralisierter Knochenmatrix und rhBMP-2 in jeweils jedem von einem Kollagenschwamm, einer Paste aus Gelatine und demineralisierter Knochenmatrix und in einer Gelatinepaste allein.
2 zeigt den Calciumgehalt von explantierten Knöchelchen als eine Funktion der Zeit für intramuskuläre Ratten-Implantate aus demineralisierter Knochenmatrix, einer Paste aus Gelatine und demineralisierter Knochenmatrix und von rhBMP-2 in jeweils jedem von einem Kollagenschwamm, einer Paste aus Gelatine und demineralisierter Knochenmatrix und in einer Gelatinepaste allein.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Zweck der Förderung des Verständnisses der erfindungsgemäßen Prinzipien wird nun Bezug genommen auf bestimmte Ausführungsformen davon, und es wird die relevante Fachsprache zur Beschreibung derselben verwendet. Es ist trotzdem zur Kenntnis zu nehmen, dass dadurch keine Einschränkung des erfindungsgemäßen Rahmens beabsichtigt ist, wobei solche Veränderungen, weitere Modifikationen und Anwendungen der erfindungsgemäßen Prinzipien, wie hierin erläutert, in Erwägung gezogen werden, wie sie einem Fachmann überlicherweise in den Sinn kommen würden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wie vorstehend angezeigt ist, im Allgemeinen die Bereitstellung osteogener Pastenzusammensetzungen, einschließlich Pastenträgern und einer Knochenwachstum-induzierenden Menge eines osteogenen Faktors, wie zum Beispiel ein knochenmorphogenetisches Protein (BMP). Gegenstand der Erfindung sind osteogene Pastenzusammensetzungen, die zur Verwendung bei Primaten wirksam sind, worin die Zusammensetzungen ein hohes osteoinduktives Potenzial aufweisen und ein dauerhaftes Mineralgerüst zur Unterstützung des Knocheneinwuchses bereitstellen. Solche bevorzugten Zusammensetzungen schließen einen resorbierbaren Pastenträger ein, zum Beispiel eine wässrige Paste, die Gelatine einschließt, und einen osteogenen Faktor, der die Wirkung von sowohl Osteoblasten (die die Knochenbildung biologisch fördern) als auch Osteoklasten (die die Knochenresorption biologisch fördern) stimuliert. Es wurde erfindungsgemäß gefunden, dass die Inkorporation von wirksamen induktiven Mengen solcher osteogenen Faktoren, zum Beispiel knochenmorphogenetischen Proteinen, Osteoklasten zu einem solchen Grad stimuliert, dass der resorbierbare Träger zu schnell resorbiert wird und bei Abwesenheit einer Komponente mit hohem Mineralgehalt in der Zusammensetzung verursacht, dass die Leistung der Zusammensetzung in einigen Fällen in dem Ausmaß leidet, dass die Beobachtung von wesentlichem Knocheneinwuchs sporadisch ist.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß die Bereitstellung einer osteogenen Pastenzusammenetzung, die eine erhebliche Menge einer relativ langsam resorbierten Mineralkomponente einschließt, die an der Implantationsstelle zurückbleibt, nachdem der Träger schnell resorbiert wurde, um ein Gerüst für die Knochenneubildung bereitzustellen, das aufgrund der osteoklastischen Potenzierung durch das knochenmorphogenetische Protein in der Zusammensetzung nicht prämatur resorbiert wird.
Allgemein gesprochen liegen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in Pastenform vor und umfassen einen resorbierbaren Träger, insbesondere eine Gelatinepaste und einen osteogenen Faktor, wie zum Beispiel ein BMP, das Osteoblasten und Osteoklasten, wie zum Beispiel BMP-2 oder BMP-7, insbesondere BMP-2, stimuliert. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Zusammensetzungen schließen auch einen wesentlichen Anteil (d. h. mindestens ca. 20 Vol %) einer partikulären, porösen Mineralmatrix im Träger dispergiert ein. Solche Zusammensetzungen können auch andere resorbierbare Komponenten, wie zum Beispiel eine demineralisierte Knochenmatrix, einschließen.
Was den Träger anbelangt, so ist er erfindungsgemäß biologisch resorbierbar und trägt zur Bereitstellung einer Pastenform zur Zusammensetzung bei, wobei er ihre Implantation und Retention an der Kandidatenstelle zum Knocheneinwuchs ermöglicht. Bevorzugte Träger schließen resorbierbare Makromoleküle aus biologischen und synthetischen Quellen, wie zum Beispiel Gelatine, Hyaluronsäure, Carboxymethylcellulose, Kollagen, Peptide und dergleichen ein. In bevorzugteren erfinderischen Formen wird der resorbierbare Träger, insbesondere Gelatine, dergestalt in die Zusammensetzung formuliert, dass die Zusammensetzung bei Temperaturen über der Körpertemperatur des Säugers, in den das Material implantiert werden soll, fließfähig ist, aber bei oder geringgradig über einer solchen Körpertemperatur zu einer relativ nicht fließfähigen Masse übergeht. Der resorbierbare Träger kann dergestalt in die Zusammensetzung formuliert werden, dass der fließfähige Zustand für ein flüssiges oder ein fließfähiges Gel steht und der nicht-fließfähige Zustand für ein stabiles Gel oder einen Feststoff steht. In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen leitet sich der resorbierbare Träger von Gelatine aus den Spezies ab, die das Implantat empfangen, während sich bei anderen die Gelatine aus einer Spezies mit Ausnahme der des Säugers ableitet, der das Implantat empfängt.
Wenn Gelatine, wie überall bekannt ist, in warmen oder heißen wässrigen Lösungen solubilisiert wird, sind die Moleküle wenig organisiert. Wenn die Gelatinelösung jedoch abkühlen darf, verdrillen sich die Gelatinemoleküle zu einer dreidimensionalen Matrix und die Viskosität der Lösung nimmt zu. Bei einer charakteristischen Absetztemperatur verändert eine Phasentransformation die fließfähige Lösung in ein nicht fließfähiges Gel. Die Absetzzeit, Absetztemperatur und die Dichte der sich ergebenden nicht-fließfähigen Masse sind von mehreren Faktoren abhängig, einschließlich von der Konzentration der Gelatine, dem Molekulargewicht und der intrinsischen Viskosität der Gelatinemoleküle und vom pH der Zusammensetzung. Andere Komponenten der Zusammensetzung können sich auf die Absetzzeit ebenso wie die Absetztemperatur auswirken. Die kürzesten Absetzzeiten liegen in der Regel am isoelektrischen Punkt der Gelatinemoleküle.
Wie aus den vorstehenden Abschnitten hervorgeht, können anstelle der oder zusätzlich zur Gelatine andere Träger zur Bereitstellung der Pastenzusammensetzung verwendet werden. Veranschaulichende Makromoleküle für diese Zwecke schließen zum Beispiel Hyaluronsäure, Cellulosederivate, wie zum Beispiel Carboxymethylcellulose, Kollagene, Peptide und dergleichen ein. Diese und andere ähnliche Materialien, die als resorbierbare Verdickungsmittel funktionieren, sind geeignet und ihre Inkorporation in erfindungsgemäße Zusammensetzungen befinden sich im Aufgabenbereich des Durchschnittsfachmanns im Rahmen der hierin angesprochenen Lehren.
Erfindungsgemäße Pastenzusammensetzungen können auch andere potenziell osteoinduktive Substanzen, einschließlich zum Beispiel demineralisierter Knochenmatrix (DBM) einschließen. Wie auf dem Gebiet bekannt ist, kann DBM durch Säuredemineralisierung von Knochen hergestellt werden und enthält, wenn auf diese Weise hergestellt, unter anderen Bestandteilen, die Kollagenmatrix des Knochens und säureunlösliche Proteine. Es wurde zuvor gezeigt, dass DBM selbst leicht osteoinduktiv ist und eine vorteilhafte poröse Matrix zum Knocheneinwuchs aufweist. Verfahren zur Herstellung von DBM sind im Stand der Technik bekannt und es wird hierin nicht weiter darauf eingegangen (siehe zum Beispiel US-Patent 5,405,390). In einer bevorzugten Form, wobei DBM eine Partikelgröße von zwischen ca. 0,10 und ca. 1,00 mm aufweist, wird in die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen inkorporiert. Die DBM kann vom gleichen oder einer unterschiedlichen Säuger-Spezies als der abgeleitet werden, in der das Implantatmaterial verwendet werden soll. Bei Verwendung wird die DBM bevorzugt mit dem resorbierbaren Träger in einem Gewichtsverhältnis zwischen ca. 1: 4 und ca. 3: 2 DBM zu resorbierbarem Träger gemischt. Gewerblich erhältliche DBM-Präparate sind zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet, vorausgesetzt sie können gleichmäßig mit den anderen Elementen der Zusammensetzung vermischt werden.
Wie vorstehend zu entnehmen ist, schließen bevorzugte erfindungsgemäße Pastenzusammensetzungen auch einen osteoinduktiven Faktor ein, wie zum Beispiel ein osteoinduktives Protein oder eine Nukleotidsequenz ein, die ein osteoinduktives Protein codiert, das funktionsfähig mit einem Promotor (wie z. B. in einem Vektor, wie zum Beispiel einem viralen Vektor, bereitgestellt ist), wie zum Beispiel einem knochenmorphogenetischen Protein oder einem Gen assoziiert ist, das dasselbe funktionsmäßig mit einem Promotor assoziierte codiert, der die Expression des Gens im Tier-Empfänger zur Herstellung einer wirksamen Menge des Proteins antreibt. Bei dem erfindungsgemäßen knochenmorphogenetischen Protein (BMP) handelt es sich um jedwedes BMP, das zur Stimulation der Differenzierung und Funktion von Osteoblasten und Osteoklasten fähig ist. Beispiele solcher BMPs sind BMP-2, BMP-4, BMP-6 und BMP-7, bevorzugter rhBMP-2 oder rhBMP-7, am bevorzugtesten rhBMP-2. Gereinigte rekombinante BMPs sind zur Verwendung der erfinderischen Zusammensetzungen für ihre Bereitstellung von hoch osteoinduktiven Potenzialen bevorzugt. Die BMP-Gensequenzen und Verfahren zur Herstellung rekombinanter und sich natürlich ableitender BMPs sind im Stand der Technik bekannt, und zusätzliche Informationen zu diesem Thema können Referenzen eingesehen werden, wie zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 5,108,753; 5187,076; 5,366,875; 4,877,864; 5,108,922; 5,116,738; 5,013,649; 5,106,748 und 4,294,753; und in den Internationalen Patentveröffentlichungen Nr. WO93/00432; WO94/26893 und WO94/26892. Bei dem osteoinduktiven Faktor kann es sich auch um das LIM-Mineralisierungsprotein (LMP) oder einen geeigneten Vektor handeln, der ein Gen inkorporiert, das für dasselbe codiert, der funktionsmäßig mit einem Promotor assoziiert ist, wie in WO 99/06563 (siehe auch Genbank-Zugriff Nr. AF095585) beschrieben ist. Wenn solche Vektoren erfindungsgemäß als osteogene Faktoren eingesetzt werden, werden sie bevorzugt zusammen mit Zellen, wie zum Beispiel autologen Zellen vom Empfänger des Implantats, abgegeben. Der Vektor soll am bevorzugtesten zusammen mit sich vom Knochenmark oder vom peripheren Blut des Empfängers ableitenden autologen weißen Blutzellen abgegeben werden.
Der osteogene Faktor wird in einer Menge inkorporiert, die zur Stimulation der Knochenbildung im Tier-Empfänger wirksam ist. In bevorzugteren Zusammensetzungen, die osteogene Faktoren des Proteins inkorporieren, wird der osteogene Faktor in einem Gewichtsverhältnis von ca. 1: 100 bis ca. 1: 1000 bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, bevorzugter ca. 1: 100 bis 1: 500 inkorporiert werden. Wenn der osteogene Faktor, wie verstanden werden wird, eine Nukleotidsequenz umfasst, werden ausreichende Mengen des Abgabevehikels (Vektors) inkorporiert, um eine signifikante Transduktion von Zellen zu veranlassen, um auf diese Weise die Generierung von ausreichendem Protein an der Stelle zur Induktion der Knochenbildung herbeizuführen.
Der osteogene Faktor kann in die Paste auf jedwede geeignete Weise, wie zum Beispiel durch Vorimprägnieren der Mineralpartikel mit dem osteogenen Faktor vor dem Mischen mit dem Pastenträger durch Vermischen des Faktors mit dem Träger oder beidem inkorporiert werden. Als Alternative oder zusätzlich können Anteile des osteogenen Faktors mit dem Träger/Mineral-Gemisch unmittelbar vor der Implantation vermischt werden.
Das gemäß den bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen verwendete poröse Mineral schließt ein natürliches oder synthetisches Mineral ein, das zur Bereitstellung eines Gerüsts zum Knocheneinwuchs als der resorbierbare Träger wirksam ist und andere schneller resorbierbare Elemente der Implantatzusammensetzung resorbiert werden. Die Mineralmatrix kann, zur Erläuterung, aus einem oder mehr Materialien) aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Knochenpartikeln, Bioglass^®, Tricalciumphosphat, biphasischem Calciumphosphat, Hydroxyapatit, korralinem Hydroxyapatit und biokompatibler Keramik. Biphasisches Calciumphosphat ist ein zur erfindungsgemäßen Verwendung besonders bevorzugter synthetischer Keramikstoff. Derartiges biphasisches Calciumphosphat weist gegebenenfalls ein Gewichtsverhältnis von Tricalciumphosphat: Hydroxyapatit von ca. 50: 50 bis ca. 95: 5, bevorzugter ca. 70: 30 bis ca. 95: 5, noch bevorzugter von ca. 80: 20 bis ca. 90: 10 und am bevorzugtesten ca. 85: 15 auf.
In einem anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Aspekt schließt die Mineralmatrix Knochenpartikel, möglicherweise spongiöse, bevorzugt aber kortikale zermahlene ein, um einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser zwischen ca. 0,050 und 5,0 mm bereitzustellen. Sowohl Knochen von humaner als auch nicht-humaner Herkunft sind zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet, und der Knochen kann von Natur aus in Bezug auf den zum Empfang des Implantats bestimmten Säuger autolog, allogen oder xenogen sein. Angemessene im Stand der Technik bekannte Vorbehandlungen können zur Minimierung der Risiken der Krankeitsübertragung und/oder immunogenen Reaktion bei Verwendung von Knochenpartikeln in der Mineralmatrix verwendet werden.
In einer erfidungsgemäßen Ausführungsform wird der xenogene Knochen, der zur Herabsetzung oder Entfernung seiner Immunogenität vorbehandelt wurde, zur Bereitstellung der porösen Mineralmatrix in der Implantatzusammensetzung verwendet. So kann zum Beispiel Kalzinierung oder Deproteinierung des Knochens zur Reduktion der Risiken für immunogene Reaktion gegen das Implanatmaterial verwendet werden.
Die Höhe, bei der das Mineral in die bevorzugten erfindungsgemäßen Mineral-verstärkten Zusammensetzungen inkorporiert wird, ist zur Bereitstellung von vorteilhaften osteoinduktiven Eigenschaften der Zusammensetzungen wichtig. Im Allgemeinen ist die Mindestkonzentration des Minerals von der Aktivität des BMP in der Zusammensetzung abhängig; je höher die Aktivität des BMP um so höher ist der Gehalt der Mineralmatrix, die erforderlich ist, um der osteoklastischen Potenzierung des BMP entgegenzuwirken. Mit zunehmender BMP-Konzentration nimmt auch die Resorptionsate des resorbierbaren Trägers und gegebenenfalls von DBM zu. Der Mineralgehalt muss folglich zur Bereitstellung eines Gerüsts zum Einwuchs von neuem Knochen ausreichen, während er die strukturelle Integrität der Zusammensetzung nicht außer Kraft setzt. Das Mineral sollte auch dergestalt sein, dass wenn der neue Knochen maturiert, das Mineral zu einem integralen Teil der Gewebematrix gemacht oder während des Remodellierens des neuen Knochens in den natürlichen Ablauf des Knochenwachstums und der Knochenentwicklung resorbiert wird.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Form macht das Mineral ca. 20 % bis ca. 80 Vol-% der Zusammensetzung, bevorzugter ca. 40 % bis ca. 80 % aus. Allgemein gesprochen wird die Mineralmenge in der Pastenzusammensetzung zur Bereitstellung eines Gerüsts ausreichen, das für eine Zeitdauer im Patienten bleibt, die zur Bildung von Osteoid im Bereich ausreicht, für den das Knochenwachstum erwünscht ist. Diese Zeitdauer beträgt in der Regel ca. 6 bis ca. 8 Wochen.
Als weitere Verstärkungen der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wird der Fachmann ohne weiteres erkennen, dass andere osteogene Verstärkungsfaktoren in die Zusammensetzung inkorporiert werden können. Solche zusätzlichen Faktoren schließen wirtskompatible Osteoprogenitorzellen, autologes Knochenmark, allogenes Knochenmark, transformierenden Wachstumsfaktor-Beta, Fibroblasten-Wachstumsfaktor, Plättchenwachstumsfaktor, Insulinartigen Wachstumsfaktor, Beta-Mikroglobulin, Antibiotika, Antipilzmittel, Netzmittel, Glyzerin, Steroide und nichtsteroidale antientzündliche Verbindungen ein, sind aber nicht beschränkt darauf.
Bei Gebrauch müssen die erfindungsgemäßen pastenförmigen Implantatzusammensetzungen an einer Stelle implantier werden, an der Knochenwachstum erwünscht ist, z. B. zur Behandlung einer Erkrankung, eines Defekts oder einer Stelle eines Traumas und/oder zur Förderung einer artifiziellen Arthrodese. Die Pastenform der Zusammensetzungen ermöglicht ihre Positionierung, Verformung und/oder ihr Formen in Hohlräumen, Defekten oder anderen Bereichen, in denen Knochenneuwachstum erwünscht ist. Im Fall von Implantatzusammensetzungen, die bei höheren Temperaturen als der Körpertemperatur des Säugers, in den sie implantiert werden sollen, fließfähig sind, die jedoch bei oder in der Nähe einer solchen Körperemperatur in eine nicht-fließfähige Masse übergehen, wird die Zusammensetzung auf eine Temperatur erhitzt, bei der sie fließfähig ist, die aber nicht jedweden anwesenden osteogenen Faktor denaturiert; zur Form des gewünschten neuen Knochens formt oder anderweitig verformt; auf eine ausreichende Temperatur, die zum Übergang des osteogenen Implantatmaterials zu einer nicht-fließfähigen Masse abkühlt, entweder in situ oder an der Stelle der gewünschten Knochenneubildung nach dem Aufbau implantiert wird. In anderen bevorzugten Situationen benötigt die Pastenzusammensetzung zur Fließfähigkeit keine Erhitzung auf über die Körpertemperatur (ca. 37 °C), zum Beispiel worin die Pastenzusammensetzung bei Temperaturen unter 37 °C fließfähig ist und sich nach Erhitzen oder bei Kontakt mit einem separaten Härtemittel zu einer nicht-fließfähigen Masse härtet oder verfestigt. Solche Fälle sind insofern besonders vorteilhaft, dass die hitzeinduzierte Denaturierung des osteogenen Faktors von geringerer Bedeutung ist.
Sobald sie sich an Ort und Stelle befinden, induzieren und unterstützen die erfindungsgemäßen Implantatzusammensetzungen in Pastenform wirksam den Knocheneinwuchs selbst in den gewünschten Bereich eines Primaten, wie zum Beispiel eines Menschen, der im Vergleich zu kleineren Säugern, wie zum Beispiel Nagern und Kaninchen, eine relativ langsame Knochenbildungsrate aufweist. Besonders während der Pastenträger im Allgemeinen relativ schnell resorbiert wird, bleibt die beträchtliche Mineralkomponente als ein Gerüst zur Unterstützung des Knochenneuwachstums in und durch das gewünschte Areal hindurch zurück. In dieser Hinsicht wird bevorzugt, dass die Mineralmatrix in einer Menge gewählt und eingeschlossen wird, die ein Gerüst bereitstellt, das in dem behandelten Patienten für eine Zeitdauer nachgewiesen wird, die zur Bildung von Osteoid in dem mit Knochen zu füllenden Volumen, in der Regel ca. 6 bis ca. 8 Wochen, ausreicht. Dadurch wird die wirksame Knochenbildung gefördert, selbst wo der resorbierbare Träger und andere schnell resorbierbare Komponenten der Paste rasch aus der Implantationsstelle eliminiert werden.
Erfindungsgemäße Zusammensetzungen sind besonders vorteilhaft, wenn sie in Knochen oder Knochenabschnitten verwendet werden, die nur in moderatem oder geringem Ausmaß vaskularisiert sind. Diese Bereiche weisen besonders niedrige Knochenbildungsraten auf, und die rasche Knochenresorption bringt als solches verstärkte Schwierigkeiten mit sich. Beispiele moderater oder nur geringgradig vaskularisierter Stellen, schließen zum Beispiel Querfortsätze oder andere posteriore Elemente der Wirbelsäule, der Diaphyse von Röhrenknochen, insbesondere in der Mitte der tibialen Diaphyse, und kranielle Defekte ein.
Eine besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Pastenzusammensetzungen stellt die als ein Implanatat zur Förderung der Arthrodese zwischen Wirbeln bei Spondylodesen bei Menschen oder anderen Primaten, einschließlich zum Beispiel für intervertebrale, posteriore und/oder posterolaterale Fusionsverfahren, dar. Obwohl die Knochenbildungsrate in der Wirbelsäule des Primaten insgesamt relativ langsam vonstatten geht und folglich im Allgemeinen von der vorliegenden Erfindung profitieren wird, weisen die zu fusionierenden Elemente bei posterioren und posterolateralen Fusionen besonders geringe Vaskularitätsgrade auf und folglich wird erwartet, dass Fusionen dieser Elemente eindeutig von der Erfindung profitieren werden. Gemäß anderer erfindungsgemäßer Aspekte können die erfindungsgemäßen osteogenen Pastenzusammensetzungen in, auf und um eine mechanisch belastbare Implantatvorrichtung (z. B. mit einer Kompressionsfestigkeit von mindestens ca. 10000 N), wie zum Beispiel eine Fusion mit Cage, Stift oder eine andere Vorrichtung, die eine Tasche, Kammer oder eine andere Kavität zur Aufnahme einer osteogenen Zusammensetzung aufweist und bei einer Spondylodese, wie zum Beispiel einer intervertebralen Fusion, verwendet werden.
Die Erfindung wird nun insbesondere unter Bezugnahme auf die folgenden spezifischen Beispiele beschrieben. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass diese Beispiele erläuternd sind und die Erfindung nicht einschränken.
BEISPIEL 1
Studie mit Ratten zum Vergleich der Wirkung von rhBMP-2 auf die osteogene Kapazität einer Matrix, bestehend aus sich von Kollagen ableitender Gelatine und demineralisierter Knochenmatrix (DBM)
Dreißig junge erwachsene männliche Sprague-Dawley-Ratten, die zwischen 200 – 220 g wogen, wurden nach dem Zufallsprinzip zwei Gruppen zugeteilt. Jedem Tier wurden chirurgisch sechs Proben zu 0,050 ml implantiert. Die Proben wurden in Taschen insertiert, die in den M. rectus abdominus auf jeder Seite der Mittellinie geschnitten wurden. Die Proben wurden zu je drei auf einer Seite, mit gleichmäßigem Zwischenraum dazwischen, in Linien platziert, die sich von unter dem Sternum bis über die Mitte der Leiste erstreckten.
Zwei der sechs Proben für jedes Tier dienten als positive Kontrollen, wobei es sich bei einer um DBM allein, bei der zweiten um einen Helistat^® Absorbable Collagen Sponge (ACS) handelte, auf dem 0,004 mg rhBMP-2 adsorbiert wurden. Den Tieren in der Gruppe I wurden auch Zweifachproben aus einer injizierbaren Gelatine/DBM-Matrix (Gelatine-Knochenpaste) und Zweifachproben der Gelatine-Knochenpaste vermischt mit 0,001 mg rhBMP-2 gegeben. Tieren der Gruppe II wurden Zweifachproben der Gelatine-Knochenpaste, vermischt mit 0,002 mg rhBMP-2, und Zweifachproben der Gelatine ohne DBM (Gelatine), vermischt mit 0,002 mg rhBMP-2, gegeben.
Fünf Tiere aus jeder Gruppe wurden an jedem Zeitpunkt der Tage zwei, vierzehn und einundzwanzig getötet. Beim Töten wurden die Implantatbereiche exzidiert und auf alkalische Phosphataseaktivität, anhand von Röntgenaufnahmen, Knochendichte, Histologie und Histomorphometrie analysiert.
1 weist in den Proben alkalische Phosphataseaktivität auf. Eine verstärkte Aktivität deutet auf Infiltration der Implantate mit Osteoprogenitorzellen hin. Das Timing und die Größenordnung der verstärkten Aktivität gilt als Beleg für das osteoinduktive Potenzial des Implantats. Die Gelatine-Knochenpaste-Proben mit rhBMP-2 wiesen frühere und höhere Peaks der alkalischen Phosphataseaktivität auf als die Kontrollen oder die Gelatine-Knochenpaste allein. Die Proben mit 0,001 mg rhBMP-2 ergaben überraschend Peaks mit einer höheren Aktivität als die rhBMP-2-Proben mit 0,002 mg.
2 zeigt den Calciumgehalt der exzidierten Implantate. Ein erhöhter Calciumgehalt deutet auf Knochenbildung hin. Im Vergleich zu den Daten von der alkalischen Phosphatase schnitten die Gelatine-Knochenpaste-Proben mit rhBMP-2 besser ab als die Kontrollen und auch die Gelatine-Knochenpaste-Proben ohne rhBMP-2 bei der Initiierung der Kalzifikation des Implantats. Es ist wiederum überraschend, dass die 0,001 mg rhBMP-2 in den Gelatine-Knochenpaste-Proben bei der Initiierung der Kalzifikation wirksamer waren als die 0,002 mg rhBMP-2 in Gelatine-Knochenpaste-Proben. Es ist ebenfalls bemerkenswert, dass die Proben mit der höheren Konzentration von rhBMP-2 am Tag 21 im Vergleich zu den Proben am Tag 14 eine verminderte Kalzifikation aufwiesen.
Diese Daten stellen einen Hinweis auf die osteoklastische Potenzierung von rhBMP-2 dar, welches seine Osteoblasten-stimulierende Eigenschaften ausgleicht; höhere rhBMP-2-Konzentrationen stimulieren die Resorption der wesentlichen Kollagenmatrix, wobei das osteogene Potenzial solcher Matrices eingeschränkt wird, die die Mineralmatrixelemente zur Bereitstellung einer verlängerten Gerüstbildung für den Knochenbildungsvorgang nicht inkorporieren. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die ACS-Kontrollen, die 0,004 mg rhBMP-2 enthielten und die Gelatineproben, die 0,002 mg rhBMP-2 enthielten, die am besten resorbierbare Matrices aufwiesen und die schlechtesten Kalzifizierungsleistungen für Proben ergaben, die rhBMP-2 enthielten. Siehe 2.
BEISPIEL 2
Studien mit Affen zum Vergleich der Osteogenität von rhBMP-2 enthaltenden Implantatmatrices
Es wurden Studien an einem Affen-Spondylodesemodell zur Bestimmung der Wirksamkeit von drei Pastenzusammensetzungen durchgeführt. Bei den Zusammensetzungen handelte es ich um Gelatine-Knochenpaste von Beispiel 1, die gleiche Paste, enthaltend Autotransplantat-Knochensplitter und die gleiche Paste, enthaltend rhBMP-2, an einer einzelnen Stelle der Wirbelsäule. Jede Zusammensetzung wurde bei der bilateralen Fusion der Wirbel von Rhesusaffen verwendet und auf ihre Fähigkeit zur Induktion von Knochenneubildung analysiert. In diesem Zusammenhang wurden alle 2 Monate über einen Zeitraum von 6 Monaten CT-Scans angefertigt. Die Ergebnisse wiesen bei Affen, die die Paste von Beispiel 1 allein erhielten und in der Paste, enthaltend die Autotransplantat-Knochensplitter, variables Knochenwachstum, aber bei Affen, die die Paste und rhBMP-2 erhielten, kein Wachstum auf. Es wird erwartet, dass diese Beobachtung auf die prämature Resorption des Trägers in der rhBMP-2-enthaltenden Paste zurückzuführen ist, wobei keine Matrix zum Knocheneinwuchs zurückbleibt. Demgemäß stellt die Inkorporation einer wesentlichen Mineralkomponente in eine erfindungsgemäße BMP-enthaltende Paste eine dauerhafte Matrix und ein Gerüst zum Knocheneinwuchs bereit, wobei folglich die Leistung verbessert wird.
Die Erfindung wurde vorstehend, mit spezifischer Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen, ausführlich beschrieben. Man sollte jedoch zur Kenntnis nehmen, dass viele verschiedene Modifikationen und Ergänzungen an den offenbarten Verfahren vorgenommen werden können, ohne aus dem erfindungsgemäßen Rahmen zu kommen.

Claims

Eine osteogene Pastenzusammensetzung, wirksam zur Induktion von Knochenneuwachstum bei einem Primaten, umfassend: einen resorbierbaren Pastenträger; einen osteogenen Faktor, der ein knochenmorphogenetisches Protein ist, ausgewählt aus BMP-2, BMP-4, BMP-6 oder BMP-7, einem LIM-Mineralisierungsprotein oder eine Nukleotidsequenz, die für das knochenmorphogenetische Protein oder das LIM-Mineralisierungsprotein codiert; und ein poröses partikuläres Mineral, welches etwa 40 Vol. % bis 80 Vol. % der Zusammensetzung ausmacht, wobei die Menge wirksam ist, um ein Gerüst zum Knocheneinwuchs bereitzustellen, da ein resorbierbarer Pastenträger resorbiert wird.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1, welche weiterhin demineralisierte Knochenmatrix umfasst.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei das Gewichts-Verhältnis von demineralisierter Knochenmatrix zu resorbierbarer Trägersubstanz zwischen etwa 1:4 und etwa 3:2 liegt.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die Zusammensetzung 5–45 Gew.-% resorbierbare Trägersubstanz umfasst.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der resorbierbare Träger fließfähig ist bei Temperaturen oberhalb der Körpertemperatur des Säugers, aber übergeht zu einer nicht-fließfähigen Masse bei oder leicht oberhalb der Körpertemperatur.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Mineral ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Knochenpartikeln, Bioglass, Tricalciumphosphat, Hydroxyapatit, korallinem Hydroxyapatit, biokompatibler Keramik und nicht-resorbierbarem biokompatiblem organischem Polymer.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Mineral Tricalciumphosphat, biphasisches Calciumphosphat oder Hydroxyapatit umfasst als Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 0,050 bis etwa 5,0 mm.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Mineral Knochenpartikel von Säugern umfasst mit einer Partikelgröße von etwa 0,050 bis etwa 5,0 mm.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Mineral humane kortikale Knochenpartikel umfasst mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 0,050 bis etwa 5,0 mm.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen oder mehrere Osteogenesefördernde Faktoren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Osteoprogenitorzellen, autologem Knochenmark, allogenem Knochenmark, transformierendem Wachstumsfaktor-Beta, Fibroblasten-Wachstumsfaktor, Plättchen-Wachstumsfaktor (PDGF), Insulinartigem Wachstumsfaktor, Beta-Mikroglobulin, Antibiotika, Antipilzmitteln, Netzmitteln, Glyzerin, Steroiden und nichtsteroidalen antientzündlichen Verbindungen.
Ein osteogenes Implantatmaterial wirksam zur Induktion von Knochenneuwachstum in einem Säuger, umfassend: einen resorbierbaren Pastenträger umfassend Gelatine, wobei der resorbierbare Träger derartig formuliert ist, um bei Temperaturen oberhalb der Körpertemperatur des Säugers fließfähig zu sein und bei Körpertemperatur zu einer nicht-fließfähigen Masse überzugehen; demineralisierte Knochenmatrix; einen osteogenen Faktor, welcher ein knochenmorphogenetisches Protein ist, ausgewählt aus BMP-2, BMP-4, BMP-6 und BMP-7, einem LIM-Mineralisierungsprotein oder einer Nukleotidsequenz, die für das knochenmorphogenetische Protein oder das LIM-Mineralisierungsprotein codiert; und ein partikuläres Mineral mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 0,050 bis etwa 5,0 mm, wobei das Mineral mindestens 20 Vol. % der Zusammensetzung ausmacht.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei das Mineral etwa 20 Vol. % bis etwa 80 Vol. % der Zusammensetzung ausmacht.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei das Mineral humane Knochenpartikel umfasst.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei das Mineral nicht-humane Knochenpartikel umfasst, wobei die Partikel behandelt worden sind, um ihre Immunogenität in Menschen zu reduzieren.