NL9201035A - Implantaat uit resorbeerbaar materiaal. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Implantaat uit resorbeerbaar materiaal

De uitvinding heeft betrekking op een implantaat volgens de aanhef van conclusie 1.

Implantaten - d.w.z. lichaamsvreemde elementen die ingeplant worden - die mechanisch relatief zwaar belast worden, zoals pennen, platen en schroeven voor het fixeren van botfragmenten bij de behandeling van fracturen, bij osteoto-mieën en bij reconstructies in het aangezicht, zijn gebruike-lijkerwijs vervaardigd uit metaal. Deze dienen in het algemeen te worden verwijderd nadat het botweefsel voldoende hersteld is, teneinde inactiviteits-osteoporose, corrosie, en potentiële carcicogene- en toxische werking te vermijden.

Een extra operatie alleen voor het verwijderen van van het implantaat vormt voor de patiënt een zware psychologische belasting, brengt een hernieuwde weefselbeschadiging in een inmiddels genezen gebied met zich mee, kost de patiënt en de chirurg tijd en brengt aanzienlijke kosten met zich mee. Om deze reden wordt reeds geruime tijd gewerkt aan het ontwikkelen van resorbeerbare implantaten zoals plaatosteosynthese-systemen. Bij dergelijke resorbeerbare systemen zijn de platen en de schroeven vervaardigd uit resorbeerbaar materiaal, bijvoorbeeld een poly(L-lactide). Een resorbeerbaar implantaat als beschreven in de aanhef is bekend uit een dissertatie getiteld "Bone Plates and Screws" van F. Rozema, Rijksuniversiteit Groningen, Nederland, 1991.

Een bezwaar van dit bekende plaatosteosynthese-systeem is, dat bij afbraak van het materiaal in het lichaam een relatief grote hoeveelheid van het materiaal vrijkomt binnen een bepaalde periode. Dit afbraakproces is meer in detail beschreven in een publikatie van Schakenraad en Dijkstra getiteld "Biocompatibility of Poly (DL-Lactic Acid/Glycine) Copolymers" in Clinical Materials 7 (1991) pag. 253-269; Elsevier Science Publishers Ltd, Engeland, waarnaar hierbij verwezen wordt. Het lichaam reageert op een dergelijke grote hoeveelheid vrijkomend materiaal met een in veel gevallen ongewenst sterke reactie.

Dit probleem wordt nog versterkt, doordat een element uit resorbeerbare kunststof een groter volume heeft dan een metalen element met vergelijkbare mechanische eigenschappen. Dit is noodzakelijk, omdat resorbeerbare kunststof een geringere sterkte en stijfheid heeft dan de tot dusverre gebruikte metaallegeringen.

De uitvinding heeft als doel een implantaat te verschaffen, waarbij deze problemen zijn bestreden.

Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding bereikt door bij een implantaat van het in de aanhef beschreven type de kenmerkende maatregelen volgens conclusie 1 toe te passen.

Doordat het implantaat volgens de uitvinding is samengesteld uit ten minste twee gedeeltes, met in het lichaam van een mens of een dier onderling verschillende degradatie-snelheden, is de hoeveelheid materiaal die binnen een bepaalde periode vrijkomt kleiner dan bij een implantaat dat uit een enkel materiaal is vervaardigd. Hierdoor wordt ook de intensiteit van de opgewekte reactie beperkt.

Een verder voordeel van het implantaat volgens de uitvinding is, dat de sterkte daarvan niet abrupt maar stapsgewijs afneemt. Door aan de hersteltijd van de te behandelen botgedeeltes aangepaste materialen te gebruiken, kan een implantaat worden gecreëerd, waarvan de sterkte stapsgewijs af-neemt in overeenstemming met het toenemen van de sterkte van het behandelde botgedeelte.

De uitvinding kan tevens zijn belichaamd in een werkwijze voor het vervaardigen van een implantaat volgens de uitvinding, alsmede in een spuitgietmachine aangepast voor het toepassen van die werkwijze.

Navolgend wordt de uitvinding nader toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden, waarbij wordt verwezen naar de tekening. Daarbij toont, telkens in schematische weergave: fig. 1 een frontaal aanzicht van een voorbeeld van een implantaat volgens de uitvinding, fig. 2 een aanzicht in doorsnede volgens de lijn II-II in fig. 1, fig. 3 een perspectivisch aanzicht van een implantaat volgens een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, en fig. 4 een frontaal aanzicht van een derde voorbeeld van een implantaat volgens de uitvinding.

Bij het afbreken van een implantaat uit polymelkzuur materiaal in het lichaam van een mens of een dier, degradeert het materiaal vanaf implantatie geleidelijk, hetgeen tot uiting komt in het af nemen van het molecuulgewicht. wanneer het molecuulgewicht een bepaalde waarde bereikt, wordt het materiaal oplosbaar en verdwijnt binnen een bepaalde periode een groot deel van het materiaal van het implantaat. Volgens de in de inleiding genoemde publikatie van Schakenraad en Dijkstra ligt het molecuulgewicht waarbij het materiaal oplosbaar wordt voor copolymeren vari DL-lactide en glycolide bij ca. 5000 - 10 000 en verdwijnt in een periode van ca. 30-60 dagen ongeveer 90% van het materiaal van het implantaat.

Tijdens de genoemde periode, waarin het grootste deel van het massaverlies optreedt, komt een relatief grote hoeveelheid materiaal in het lichaam vrij, waarop het lichaam reageert met een veelal ongewenst sterke reactie.

De implantaten volgens de in de figuren 1-3 weergegeven uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding omvatten elk een eerste gedeelte 1 vervaardigd uit een eerste resorbeerbaar materiaal en een aantal verdere gedeeltes 2 (waarvan overzich-telijkheidshalve slechts enkele met een verwijzingscijfer zijn aangeduid), vervaardigd uit een tweede resorbeerbaar materiaal. De materialen hebben een zodanige structuur en samenstelling, dat het materiaal van het eerste gedeelte 1 na implantatie gemiddeld langzamer degradeert dan het materiaal van het tweede gedeelte 2.

Hierdoor komt het grootste deel van het materiaal van de verdere gedeeltes 2 vrij in een eerdere periode dan het grootste deel van het materiaal van het eerste gedeelte 1. Doordat het vrijkomen van het grootste deel van het materiaal van het implantaat wordt gespreid over twee periodes, is de hoeveelheid materiaal die gedurende die periodes per tijdseenheid vrij komt aanzienlijk kleiner dan bij een overeenkomstig implantaat vervaardigd uit een enkel materiaal. Het lichaam zal door de geringere hoeveelheid per tijdseenheid vrijkomend materiaal minder intensieve reacties vertonen. Voorts neemt de sterkte van het implantaat niet relatief abrupt maar stapsgewijs af, zodat deze beter aan de toename in sterkte van het te genezen botgebied kan zijn aangepast.

Bij voorkeur is de structuur en de samenstelling van de genoemde materialen zodanig, dat na implantatie het materiaal van het eerste gedeelte 1 oplosbaar begint te worden nadat in hoofdzaak al het materiaal van de verdere gedeeltes 2 is opgelost of afgebroken. Hierdoor wordt een overlap tussen de periodes waarin de beide materialen grotendeels verdwijnen vermeden. Een overlap tussen beide periodes kan leiden tot een tijdelijk verhoogd aanbod aan van het implantaat vrijkomend materiaal, waardoor een tijdelijke versterkte reactie kan optreden. Indien het debiet aan vrijkomend materiaal aan het begin en het uiteinde van beide periodes lager is dan in het middengedeelte van die periodes, kunnen de periodes elkaar echter enigszins overlappen zonder dat dit tot een verhoogd debiet aan vrijkomend materiaal leidt.

Een betrouwbaar verschil tussen de degradatiesnelhe-den van de materialen van de beide gedeeltes 1 en 2 kan worden verkregen indien het materiaal van het eerste gedeelte 1 een andere samenstelling heeft dan het materiaal van de verdere gedeeltes 2.

Geschikte materialen zijn bijvoorbeeld copolymeren van DL-lactide en glycolide, waarbij het glycolide-aandeel van het materiaal van het tweede gedeelte 2 hoger is dan het glycolide-aandeel van het materiaal van het eerste gedeelte 1.

Een gunstige opeenvolging van de periodes, waarin het merendeel van het materiaal van de verdere gedeeltes 2 en het eerste gedeelte 1 afbreekt kan worden verkregen indien het molaire percentage glycolide in het materiaal van het tweede gedeelte tussen de 65 en 90% bedraagt en het molaire percentage glycolide in het materiaal van het eerste gedeelte tussen de 40 en 65% bedraagt.

Indien een relatief lange verblijftijd van het eerste gedeelte 1 gewenst is kan daarvoor met voordeel een poly(L-lactide) worden toegepast.

Dergelijke polymeren zijn in de handel verkrijgbaar onder de merknaam PURASORB bij Purac Biochem b.v. te Gorinchem, Nederland.

Het is echter ook mogelijk, voor het eerste en de verdere gedeeltes materiaal met een in hoofdzaak identieke samenstelling te gebruiken. Daarbij kan een verschuiving in de tijd tussen de periodes waarin het materiaal van het eerste resp. het tweede gedeelte grotendeels vrijkomt worden verkregen, wanneer de structuur van het materiaal van het eerste gedeelte 1 meer kristallijn is dan de structuur van het materiaal van de verdere gedeeltes 2. Toepassing van materiaal met een identieke samenstelling voor het eerste en verdere gedeeltes biedt het voordeel, dat bij vervaardiging met een enkele extruderschroef kan worden volstaan.

Voor een nadere beschrijving van procesparameters die de kristallijniteit beïnvloeden wordt verwezen naar een publikatie van Offergeld, Michaeli en Menges getiteld 'The Injection Moulding of Resorbable Implants' in ANTEC '89, pag. 1282-1286.

Het is overigens ook mogelijk het implantaat zo uit te voeren, dat de gedeeltes met verschillende degradatiesnel-heden geleidelijk in elkaar overgaan. Hiertoe kan bijvoorbeeld, bij het vormen van een produkt in een matrijs, de matrijs lokaal verwarmd en gekoeld worden, zodat bepaalde gedeeltes van het produkt snel afkoelen en andere gedeeltes langzaam afkoelen. De langzaam afgekoelde gedeeltes zullen een meer amorfe structuur vertonen en de snel afgekoelde gedeeltes zullen een meer kristallijne structuur vertonen.

Een nog verdere spreiding van de periodes waarin materiaal van het implantaat vrijkomt kan worden bereikt indien, volgens een verder (niet weergegeven) uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, het implantaat een derde gedeelte vervaardigd uit een derde resorbeerbaar materiaal omvat, waarbij het materiaal van dat derde gedeelte een zodanige structuur en samenstelling heeft, dat het na implantatie gemiddeld sneller degradeert dan het materiaal van het tweede gedeelte. Voor zover geschikte materialen met voldoende verschillende degradatie-snelheden beschikbaar zijn, is uiteraard ook een verdere vergroting van het aantal gedeeltes uit materialen met onderling verschillende degradatiesnelheden mogelijk.

Bij de in de figuren 1, 2 en 3 weergegeven uitvoe-ringsvoorbeelden van de uitvinding vormt het eerste gedeelte 1 een geraamte en vullen de verdere tweede gedeeltes 2 een restruimte tussen dat geraamte en het buitenoppervlak van het implantaat op. Dit biedt het voordeel, dat de aantasting van de het snelst af te breken gedeeltes na implantatie onmiddellijk begint, doordat deze aan de buitenzijde van het implantaat zijn gelegen. Voorts strekken de grenzen tussen de gedeeltes, indien aanwezig, zich tot bij of althans nabij het oppervlak van het implantaat uit. Door transport van materiaal langs deze grenzen is in het gebied daarvan een versnelde degradatie mogelijk.

Het implantaat volgens de figuren 1 en 2 is plaatvormig uitgevoerd. Het eerste gedeelte 1 van dat implantaat is wafelvormig uitgevoerd en de verder, tweede gedeeltes 2 vormen opvullingen van holtes van die wafelvorm. Hierdoor blijft het implantaat gesloten en behoudt het een aanzienlijke stabiliteit, wanneer de verdere tweede gedeeltes 2 zijn verdwenen.

Dat het implantaat gesloten blijft is bijvoorbeeld van belang, indien het gewenst is dat in een door het implantaat afgeschermde ruimte botvorming optreedt als herstel van verdwenen botweefsel. Hiertoe dient omringend weefsel buiten die ruimte te worden gehouden.

Het in de figuren 1 en 2 weergegeven plaatvormige implantaat kan - na in een geschikte vorm te zijn gebracht -worden gebruikt als alternatief voor een klassieke metalen plaat, voordelig is daarbij, dat resorbeerbaar kunststof materiaal eenvoudig plastisch kan worden vervormd na matige verwarming, voor polymelkzuur is bijvoorbeeld in het algemeen verwarming tot een temperatuur van ca. 70 °C voldoende om plastische vervorming mogelijk te maken. Hierdoor kan de vorm van een implantaat nog worden aangepast tijdens de operatie waarbij dit dient te worden geïmplanteerd.

Het implantaat volgens fig. 3 heeft een langwerpige vorm met een over de gehele lengte in hoofdzaak constante dwarsdoorsnede. Het eerste gedeelte 1 van het implantaat is stervormig uitgevoerd en de verdere, tweede gedeeltes 2 vormen een opvulling tussen het eerste gedeelte 1 en de buitenomtrek van het implantaat. Hiermee wordt bereikt, dat onmiddellijk na implantatie beide gedeeltes 1 en 2 worden blootgesteld aan de invloed van het lichaam waarin het implantaat is geïmplanteerd. Bovendien vormt het stervormige eerste gedeelte 1, ook na het verdwijnen van de verdere, tweede gedeeltes 2 nog een structuur die kan steunen tegen wanden van een eventuele boring waarin het implantaat is aangebracht.

Fig. 4 toont een voorbeeld van een implantaat dat is voorzien van openingen 3 waardoor bevestigingsmiddelen kunnen worden gestoken. Dergelijke openingen 3 zijn bij voorkeur aangebracht in het eerste gedeelte 1, met de laagste degradatie-snelheid, zodat na verdwijning van verdere gedeeltes 2 van het implantaat de restanten 1 daarvan op hun plaats gefixeerd blijven.

Als alternatief kan het eerste gedeelte zijn voorzien van uitsparingen voor het centreren van een boor, zodat men eenvoudig openingen in het implantaat aan kan brengen op uitsluitend die plaatsen waar men bevestigingsmiddelen aan wil brengen en het implantaat voor het overige gesloten is.

Als verder alternatief kan eerste gedeelte zijn voorzien van hechtdraden, welke integraal met het tweede gedeelte zijn meegevormd. Het implantaat kan dan bijzonder snel worden gefixeerd.

Het implantaat volgens de uitvinding kan met voordeel worden vervaardigd door een eerste hoeveelheid materiaal in een matrijs te brengen, vervolgens de holte van de matrijs te vergroten door het verplaatsen van delen van de matrijs en vervolgens een tweede hoeveelheid materiaal in de matrijs te brengen. Hierbij hoeft het gevormde eerste gedeelte niet uit de matrijs te worden verwijderd, zodat het risico van het insluiten van vervuiling tussen het eerste gedeelte en het vervolgens ingespoten tweede gedeelte tot een minimum beperkt blijft.

Door krimp van het eerste gedeelte is het mogelijk, dat materiaal van verdere, tweede gedeeltes niet alleen in holtes of Testruimtes tussen het eerste gedeelte en de vergrote matrijsruimte dringt, maar ook tussen het eerste gedeelte en niet vergrote gedeeltes van de matrijs dringt, en aldus het eerste gedeelte omsluit. Dit is echter niet ernstig, omdat het slechts om een dunne laag materiaal gaat dat bovendien relatief snel degradeert en verdwijnt.

Voor het toepassen van deze werkwijze kan met voordeel een spuitgietmachine voorzien van een matrijshouder en ten minste twee extruderschroeven aangebracht voor het inspuiten van materiaal in eenzelfde matrijs in die matrijshouder worden toegepast. Hiermee kunnen verschillende materialen op eenvoudige wijze en snel na elkaar in eenzelfde matrijs worden gebracht.

Het is echter ook mogelijk een implantaat volgens de uitvinding te vervaardigen door eerst een eerste gedeelte te vormen in een eerste matrijs en dit vervolgens in een tweede matrijs te plaatsen, waar tweede, verdere gedeeltes om het eerste gedeelte worden gevormd.

Een geschikte vervaardigingswijze voor het vormen van implantaten met een constante doorsnedeprofiel is coextru-sie.

Binnen het kader van de uitvinding zijn nog vele andere uitvoeringsvormen dan de getoonde denkbaar. Zo is het mogelijk het implantaat een eenvoudige sandwichstructuur te geven. Ook kunnen meerdere eerste gedeeltes en/of een enkel tweede gedeelte worden toegepast. Het eerste gedeelte kan voorts zodanig zijn uitgevoerd, dat dit na verdwijnen van verdere gedeeltes in bepaalde richtingen een aanzienlijke ver-vormbaarheid heeft.

Claims (15)

1. implantaat uit materiaal dat in het lichaam van een mens of een dier resorbeerbaar is, gekenmerkt door een eerste gedeelte (1) vervaardigd uit een eerste resorbeerbaar materiaal en een tweede gedeelte (2) vervaardigd uit een tweede resorbeerbaar materiaal, waarbij de genoemde materialen een zodanige structuur en samenstelling hebben, dat het materiaal van het eerste gedeelte (1) na implantatie gemiddeld langzamer degradeert dan het materiaal van het tweede gedeelte (2).

2. Implantaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de structuur en de samenstelling van de genoemde materialen zodanig is, dat na implantatie het materiaal van het eerste gedeelte oplosbaar begint te worden nadat in hoofdzaak al het materiaal van het tweede gedeelte is opgelost of afgebroken.

3. Implantaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het materiaal van het eerste gedeelte een andere samenstelling heeft dan het materiaal van het tweede gedeelte.

4. Implantaat volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat beide materialen copolymeren van DL-lactide en glycolide zijn, waarbij het glycolide aandeel van het materiaal van het tweede gedeelte hoger is dan het glycolide aandeel van het materiaal van het eerste gedeelte.

5. Implantaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het molaire percentage glycolide in het materiaal van het tweede gedeelte tussen de 65 en 90% bedraagt en het molaire percentage glycolide in het materiaal van het eerste gedeelte tussen de 40 en 65% bedraagt.

6. Implantaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het materiaal van het eerste gedeelte in hoofdzaak een zelfde samenstelling heeft als het materiaal van het tweede gedeelte, waarbij de structuur van het materiaal van het eerste gedeelte meer kristallijn is dan de structuur van het materiaal van het tweede gedeelte.

7. Implantaat volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt door een derde gedeelte vervaardigd uit een derde resorbeerbaar materiaal met een zodanige structuur en samenstelling, dat het na implantatie gemiddeld sneller degradeert dan het materiaal van het tweede gedeelte.

8. Implantaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het eerste gedeelte een geraamte vormt en het tweede gedeelte ten minste een restruimte tussen dat geraamte en het buitenoppervlak van het implantaat opvult.

9. Implantaat volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat althans een deel daarvan plaatvormig is uitgevoerd, het genoemde eerste gedeelte van dat plaatvormige deel wafelvormig is uitgevoerd en het genoemde tweede gedeelte ten minste een opvulling van een holte van die wafelvorm vormt.

10. implantaat volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, dat althans een deel daarvan een langwerpige vorm met een over de gehele lengte in hoofdzaak constante dwarsdoorsnede heeft, het genoemde eerste gedeelte van dat deel stervormig is uitgevoerd en het genoemde tweede gedeelte ten minste een opvulling tussen het eerste gedeelte en de buitenomtrek van het genoemde deel vormt.

11. implantaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het genoemde eerste gedeelte is voorzien van openingen voor bevestigingsmiddelen.

12. Implantaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het genoemde eerste gedeelte is voorzien van uitsparingen voor het centreren van een boor.

13. Implantaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het genoemde eerste gedeelte is voorzien van hechtdraden, welke integraal met het tweede gedeelte zijn meegevormd.

14. Werkwijze voor het vervaardigen van een implantaat uit resorbeerbaar polymeer materiaal, met het kenmerk, dat een eerste hoeveelheid materiaal in een matrijs wordt ge bracht, vervolgens de holte van de matrijs wordt vergroot door het verplaatsen van delen van de matrijs en vervolgens een tweede hoeveelheid materiaal in de matrijs wordt gebracht.

15. Spuitgietmachine voor het vervaardigen van een implantaat uit resorbeerbaar polymeer materiaal, gekenmerkt door een matrijshouder en ten minste twee extruderschroeven aangebracht voor het inspuiten van materiaal in eenzelfde matrijs in de genoemde matrijshouder.