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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der polymeren Zemente,
insbesondere der Acrylzemente, die zum Reparieren von Knochen- und
Gelenkverletzungen verwendet werden.
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Sie
hat einen fluiden Zement zur medizinischen Verwendung für die Knochenrekonstruktion,
insbesondere für
das Auffüllen
des Wirbelkörpers,
sowie eine binäre
Zusammensetzung, die zur Herstellung eines solchen Zements vorgesehen
ist, zum Gegenstand. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist eine Vorrichtung zum Aufbereiten der binären Zusammensetzung. Ein Verfahren
zum Herstellen eines Knochenzements aus einer binären Zusammensetzung
wird ebenfalls beansprucht.
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Knochenzemente
werden seit vielen Jahren benutzt, um die Fixierung künstlicher
Implantate am Knochengerüst
zu unterstützen.
Der Zement, der als Verbindung zwischen dem Knochen und dem Implantat
dient, muss etlichen Anforderungen genügen, insbesondere mechanischen
Anforderungen, aber außerdem
ungiftig und biokompatibel sein. Einige Zemente sind sogar hinsichtlich
ihrer bioaktiven Eigenschaften untersucht worden, d.h. hinsichtlich
ihrer Wirkung, das Anhaften und das Wachstum von Zellen an dem Implantat
zu begünstigen.
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Seit
Mitte der 80er Jahre erstreckt sich die Verwendung von Zementen
auf die Knochenreparatur und in allererster Linie auf die perkutane
Vertebroplastie. Diese minimal-invasive Technik ermöglicht,
einen Zement durch einen Trokar in einen gebrochenen Wirbel zu injizieren,
um ein Knochenvolumen und eine Stabilisierung sicherzustellen. Die
erste perkutane Vertebroplastie ist 1984 durchgeführt worden;
seitdem findet sie eine immer stärkere
Resonanz, da sie den Weg für
die plastische Wiederherstellung anderer Knochen bahnt.
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Die
bisher verwendeten Zemente sind organische Polymere, gebildet aus
einer Mischung aus einem Vorpolymer, im Allgemeinen PMMA (Polymethylmethacrylat),
und einem Monomer, im Allgemeinen MMA (Methylmethacrylat), die in
Gegenwart eines Polymerisationsaktivierungsmittels reagieren. Für eine Verwendung in
vivo, die keine hohen Temperaturen erlaubt, wird ein Reaktionsinitiator
hinzugefügt.
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Die
meisten der im Handel erhältlichen
Zemente liegen in Form von zwei separaten Bestandteilen vor: einem
Pulver, das hauptsächlich
Vorpolymerkügelchen
aufweist, und einer Flüssigkeit,
die hauptsächlich
das Monomer enthält.
Im Allgemeinen wird der Initiator, beispielsweise Benzoylperoxid
(BPO), in das Pulver eingearbeitet, wohingegen die Flüssigkeit
ein chemisches Aktivierungsmittel (einen Katalysator) wie etwa Dimethyl-para-toluidin
(DMPT) enthält,
wobei die Polymerisationsreaktion startet, wenn die beiden Bestandteile
gemischt werden. Um eine spontane Polymerisation zu vermeiden, die
eventuell während
der Lagerung stattfinden könnte,
wird außerdem
in den flüssigen
Bestandteil ein Stabilisierungsmittel, im Allgemeinen Hydrochinon, eingearbeitet.
Das Aktivierungsmittel und der Initiator werden als ein Anteil von
1 bis 2 % in den entsprechenden Bestandteil eingearbeitet, während das
Stabilisierungsmittel bereits bei einigen zehn ppm wirkt.
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Um
den Zement während
und nach der Operation durch radiologische Mittel sichtbar zu machen,
kann eine strahlungsundurchlässige
Substanz zugegeben werden, meist Bariumsulfat (BaSO4)
oder Zirkoniumdioxid (ZrO2). Die han delsüblichen
Zemente enthalten davon eine Menge in der Größenordnung von 10 % in dem Pulver.
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Diese
binären
Zusammensetzungen zum Herstellen von Knochenzementen, die ursprünglich zum
Fixieren von Implantaten und Ausgießen bzw. Versiegeln von Prothesen
vorgesehen waren, erfüllen
die Kriterien der Zug- und Druckfestigkeit, der chemischen Neutralität und der
Biokompatibilität.
Sie sind für
eine medizinische Verwendung zugelassen und haben ihr Langzeitverhalten,
wenn das Skelett beträchtlichen
und wiederholten Kräften
ausgesetzt ist, unter Beweis gestellt. Deshalb sind die Knochenzemente
zur Implantatfixierung als bevorzugtes Material für die Chirurgie
der Knochenrekonstruktion übernommen
worden.
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Jedoch
erfordern die Bedingungen bei der Verwendung von Zementen in der
perkutanen Chirurgie, dass etliche spezifische Anforderungen erfüllt sind,
um Unfälle
zu vermeiden, deren Auswirkungen für den Patienten dramatisch
sein können,
wie etwa Querschnittslähmungen.
Deswegen muss der praktizierende Arzt über einen Zement verfügen, der
fluide bzw. fließfähig genug
ist, damit er durch einen Trokar mit einem Durchmesser von einigen
Millimetern fließt,
und der diese Fließfähigkeit
lange genug bewahrt, damit der praktizierende Arzt Zeit hat, in
aller Ruhe zu operieren. Dabei müssen
die physikalischen Eigenschaften des Zements nach der Polymerisation
bewahrt bleiben.
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Andererseits
muss der injizierte Zement auch bei kleinen Mengen während der
Operation ständig
bildlich dargestellt werden, was bei den derzeit im Handel erhältlichen
Zusammensetzungen nicht möglich
ist. Obwohl einige eine strahlungsundurchlässig machende Substanz enthalten,
wird bei einer perkutanen Injektion keine einwandfreie bildliche
Darstellung erzielt. Dies veranlasst die praktizierenden Ärzte dazu,
die Zusammensetzungen selbst zu modifizieren, auf die Gefahr hin,
gleichzeitig die physikalischen Eigenschaften des Zements zu verändern, insbeson dere
seine Viskosität
und seine Härtungsgeschwindigkeit
sowie seine Festigkeitseigenschaften nach der Polymerisation.
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Ein
weiterer schwerwiegender Nachteil besteht darin, dass die Polymerisationsreaktion
exotherm ist, wobei die Temperatur im Wirbelkörper 100°C überschreiten kann. Diese Übertemperatur
führt zu
einer Knochennekrose angrenzender Gewebe.
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Folglich
sind die derzeit bekannten Zemente, auch wenn sie bei der Fixierung
von Implantaten am Knochengerüst
leistungsstark sind, nicht für
eine Stabilisierungsbehandlung von Wirbelkörpern auf perkutanem Weg ausgelegt
und berücksichtigen
nicht die mit dieser Technik verbundenen Besonderheiten.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Material zu
liefern, das zur Verwendung in der Perkutanchirurgie, insbesondere
zum Auffüllen
eines Wirbelkörpers,
geeignet ist, wobei das Material intraoperativ und post-operativ
ein zweckmäßiges Verhalten
hat, nämlich:
- – Fließfähigkeit,
- – Abbindezeit
länger
als 15 Minuten,
- – Strahlungsundurchlässigkeit
bei Fluoroskopie,
- – Druckfestigkeit:
mindestens 70 MPa,
- – Biegefestigkeit:
mindestens 50 MPa,
- – Biegemodul:
mindestens 1800 MPa.
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Selbstverständlich muss
ein solcher Zement hinsichtlich seiner Toxizität und seiner Biokompatibilität mit der
medizinischen Verwendung vereinbar sein.
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Es
ist festgestellt worden, dass es möglich ist, einen Zement auf
der Basis von Polymethylmethacrylat und Methylmethacrylatmonomer
zu formulieren, der die oben ge nannten Anforderungsspezifikationen
erfüllt, indem
in den Zement große
Mengen von einer strahlungsundurchlässigen Zusammensetzung eingearbeitet werden,
die einen strahlungsundurchlässigen
Bestandteil und Calciumphosphat enthält, und zwar, ohne die für die vorgesehene
Verwendung erforderlichen Qualitäten
zu verschlechtern.
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Die
Verwendung von Calciumphosphat, beispielsweise von Hydroxyapatit,
ist auf dem Gebiet der Orthopädie
und der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie seit vielen Jahren bekannt.
Es wird in diesem Fall in Form von festen Blöcken oder von Überzügen verwendet.
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Bei
dem Zement der vorliegenden Erfindung wird das Calciumphosphat zusammen
mit dem strahlungsundurchlässigen
Bestandteil als Versteifung eines Verbundstoffs auf Polymerbasis
verwendet. Ein solcher Zement weist den Vorteil auf, dass er die
osteokonduktive Wirkung des Calciumphosphats zusammen mit der Einfachheit
der Injektion, die für
herkömmliche
Acrylzemente zur Vertebroplastie typisch ist, mit sich bringt. Die
an der Oberfläche
des Zements vorhandenen Calciumphosphatpartikel werden nämlich vom
Knochen erkannt und können
zur Oberflächenhaftung
führen,
aber auch zu einer Reaktion der Osteoblasten. Er ist diesbezüglich untersucht
worden, übrigens
ohne seine mechanischen Eigenschaften nutzbringend verwenden zu wollen.
Das auf diese Weise stimulierte Knochenwachstum ermöglicht,
die Risiken von Entzündungsreaktionen
zu verringern und verbessert die Biokompatibilität des Zements. Langfristig
wird die Stabilität
des Wirbelkörpers
verbessert.
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Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass das Calciumphosphat eine weitere besonders
interessante Funktion in dem erfindungsgemäßen Zement erfüllt. Es
ist nämlich
festgestellt worden, dass das Vorhandensein von Calciumphosphat
eine Absenkung der Temperatur während
der Polymerisation des Zements bewirkt. Diese Wirkung ist besonders
stark, wenn die Calciumphosphat-Partikel einen mittleren Durchmesser
aufweisen, der kleiner als 30 μm
ist. Ohne auf die theoretischen Arbeiten einzugehen wird vermutet, dass
die Calciumphosphatpartikel wärmeableitend
wirken, da sie die spezifische Oberfläche im Direktkontakt mit dem
Knochen vergrößern. Das
Ergebnis dieser Absenkung der Polymerisationstemperatur, die in
der Größenordnung
von ungefähr
10°C sein
kann, ist eine Verminderung der Knochennekrose an der Grenzfläche zum
Zement.
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Genauer
gesagt hat die vorliegende Erfindung einen fluiden Zement zur medizinischen
Verwendung für
die Wirbelkörperauffüllung zum
Gegenstand, wobei der Zement aufweist:
- a) 70
bis 85 Gewichtsprozent eines Polymers, das ein Polymethylmethacrylat
und ein Methylmethacrylatmonomer aufweist, und
- b) 15 bis 30 Gewichtsprozent einer strahlungsundurchlässigen Zusammensetzung,
die einen strahlungsundurchlässigen
Bestandteil und Calciumphosphat aufweist.
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Vorzugsweise
weist der erfindungsgemäße Zement
auf:
- a) zumindest 70 Gewichtsprozent eines
Polymers, das ein Polymethylmethacrylat und ein Methylmethacrylatmonomer
aufweist, und
- b) zumindest 25 Gewichtsprozent einer strahlungsundurchlässigen Zusammensetzung,
die einen strahlungsundurchlässigen
Bestandteil und Calciumphosphat aufweist.
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Der
erfindungsgemäße Zement
weist eine gute Fließfähigkeit
in den Minuten nach dem Zusammenbringen der Ingredienzien, die ihn
bilden, auf und kann bis zu 10 Mi nuten lang oder länger nach
seinem Anmachen verarbeitet werden. Die Polymerisationsreaktion
führt zur
Agglomeration von Polymethylmethacrylat und Monomer, die verschwinden,
um einen festen Polymerzement zu bilden. Während der Polymerisation ist die
Temperatur in dem Wirbelkörper
niedriger als 80°C.
In der vorliegenden Anmeldung entspricht der Begriff „Zement" oder „fluider
Zement" dem Zement,
wie er sich nach dem Mischen der Ingredienzien darbietet. Als Zusammensetzung
des Zements wird jene des gebrauchsfertigen fluiden Zements vor
dem Festwerden angesehen.
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Das
Polymethylmethacrylat (oder PMMA) und das Methylmethacrylatmonomer
(oder MMA), die in die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Zements
eingehen, sind jene, die gewöhnlich
für die
Herstellung von Acrylzementen verwendet werden. Die PMMA-Pulver
liegen in Form von Polymerkügelchen
vor. Die Molmasse dieser Pulver ist im Bereich zwischen 150 000
und 1 500 000 g/mol. Der mittlere Durchmesser der Partikel ist im
Bereich zwischen 30 μm
und 100 μm.
Das Monomer ist der Methylester der Methacrylsäure. MMA und PMMA zur medizinischen
Verwendung sind im Handel erhältlich.
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Die
strahlungsundurchlässige
Zusammensetzung stellt einen großen Anteil des Zements dar.
Sie soll das Injizieren des Zements unter ständiger Kontrolle mittels Fluoroskopie,
insbesondere bei Vertebroplastieverfahren, ermöglichen. Sie kann aus einem
strahlungsundurchlässigen
Bestandteil, rein oder vermischt mit weiteren Ingredienzien, gebildet
sein. Es ist festgestellt worden, dass die Kombination aus einem
Calciumphosphat und einem strahlungsundurchlässigen Bestandteil ermöglicht,
einen Zement zu erhalten, der, während
er eingebracht wird, gut sichtbar ist und anschließend vom
Organismus gut vertragen wird. Vorteilhafterweise weist die strahlungsundurchlässige Zusammensetzung,
die in dem erfindungsgemäßen Zement
vorliegt, einen strahlungsundurchlässigen Bestandteil und Calciumphosphat
auf.
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Die
empfohlenen Einsatzverhältnisse
des strahlungsundurchlässigen
Bestandteils und des Calciumphosphats, in Gewichtsprozent, bezogen
auf das Gesamtgewicht des Zements, sind derart, dass die strahlungsundurchlässige Zusammensetzung
20 % bis 27 % eines strahlungsundurchlässigen Bestandteils und 3 %
bis 6 % Calciumphosphat enthält.
Vorzugsweise enthält
die strahlungsundurchlässige
Zusammensetzung ungefähr
27 % eines strahlungsundurchlässigen
Bestandteils und ungefähr
3 % Calciumphosphat.
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Der
strahlungsundurchlässige
Bestandteil kann unter den bekannten und mit einer medizinischen
Verwendung vereinbaren Verbindungen gewählt sein. Vorzugsweise ist
er aus der Gruppe bestehend aus Bariumsulfat und Zirkoniumdioxid
gewählt.
Das Bariumsulfat (BaSO4) ist ein strahlungsundurchlässig machendes Mittel,
das gewöhnlich
in den Zementen zur Implantatfixierung verwendet wird und dessen
Unschädlichkeit
anerkannt ist. Im Allgemeinen liegt es in Form eines Pulvers vor,
dessen Partikel einen mittleren Durchmesser von 1 bis 10 μm haben.
Alternativ kann Zirkoniumdioxid (ZrO2) verwendet
werden. Es wird in Form eines Pulvers eingebracht, dessen Partikel
einen mittleren Durchmesser von 20 μm haben.
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Die
strahlungsundurchlässige
Zusammensetzung weist, mit dem strahlungsundurchlässig machenden
Mittel vermischt, Calciumphosphat auf. Letzteres wird vom Fachmann
aus den Calciumphosphaten in medizinischer Qualität gewählt, wie
jenen, die im Handel erhältlich
sind. Vorteilhafterweise ist das Calciumphosphat das Hydroxid von
Apatit. Beispielsweise kann ein calcium- und phosphorhaltiges Hydroxyapatit
der Formel Ca10(PO4)6(OH)2 mit einem
Ca/P-Verhältnis
von 1,667 und einer Körnung
kleiner als 30 μm
verwendet werden. Das Vorhandensein von Calciumphosphat in der strahlungsundurchlässigen Zusammensetzung
bringt eine dreifach vorteilhafte Wirkung hervor: Einer seits verbessert
es die Homogenität
des Zements und infolgedessen seine Formbarkeit, andererseits verbessert
es seine Biokompatibilität
und schließlich
setzt es die Polymerisationstemperatur des Zements herab.
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Das
Einbringen einer großen
Menge von einer strahlungsundurchlässig machenden Zusammensetzung
in den Zement hat Auswirkungen auf seine physikalischen und chemischen
Eigenschaften, insbesondere auf seine Fließfähigkeit, seine Erstarrungsgeschwindigkeit
sowie auf seine mechanische Festigkeit. Es wird empfohlen, die Verhältnisse
der Ingredienzien, wie durch die vorliegende Beschreibung definiert,
einzuhalten, um optimale Funktionseigenschaften zu erzielen. Diese
Verhältnisse
sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Insbesondere
werden das Polymethylmethacrylat und das Methylmethacrylatmonomer
vorteilhaft in einem Gewichtsverhältnis zwischen 1 und 2 in den
erfindungsgemäßen Zement
eingebracht. Vorzugsweise liegt das PMMA/MMA-Verhältnis
zwischen 1,4 und 1,5. Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass die optimale Formulierung jene ist,
bei welcher der Anteil an PMMA geringer als bei den herkömmlichen
Formulierungen ist, wobei die Zugabe der strahlungsundurchlässig machenden
Zusammensetzung im Wesentlichen auf Kosten des Polymethylmethacrylats
erfolgt.
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Der
erfindungsgemäße Zement
kann schließlich
etliche Reagenzmittel enthalten, welche die Kontrolle der Polymerisation
unterstützen.
Insbesondere kann er, neben den weiter oben erwähnten Reagenzmitteln, eine
wirksame Menge von einem oder mehreren der folgenden Reagenzmittel
enthalten: ein chemisches Polymerisationsaktivierungsmittel, einen
Polymerisationsinitiator, ein Stabilisierungsmittel. Der Fachmann
kennt diese Reagenzmittel und beherrscht ihre Anwendung.
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Ein
Reaktionsinitiator kann vorteilhaft aus den Polymerisationskatalysatoren,
wie etwa Benzoylperoxid (BPO), gewählt sein. Das Aktivierungs-
oder Beschleunigungsmittel der Polymerisationsreaktion ist vorzugsweise
N,N-Dimethyl-para-toluidin (DMPT). Das Stabilisierungsmittel, vorzugsweise
Hydrochinon, kann zugegeben werden, um die vorzeitige Polymerisation
des Monomers, wenn es Wärme
oder Licht ausgesetzt ist, zu verhindern. Diese Reagenzmittel sind
in sehr geringen Konzentrationen wirksam, die der Fachmann je nach gewünschter
Kinetik einstellen kann. Sie gehen in die Zusammensetzung des Zements
in Mengen in der Größenordnung
von 0,2 % bis 2 %, das Benzoylperoxid betreffend, von 1,5 % bis
2,5 %, das DMPT betreffend, und ungefähr 20 ppm, das Hydrochinon
betreffend, ein. Gemäß einer
bevorzugten Formulierung werden 0,4 % bis 0,6 % Benzoylperoxid,
2,4 % DMPT und 20 ppm Hydrochinon verwendet.
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Wenn
der erfindungsgemäße Zement
erst einmal angemacht ist, reagiert er in einem verhältnismäßig kurzen
Zeitraum (von einigen Minuten bis zu einigen zehn Minuten), um eine
feste Masse zu bilden, wobei die hier beanspruchte Formulierung
frühestens
nach 15 Minuten abbindet. Es versteht sich, dass die miteinander reagierenden
Ingredienzien erst zum Zeitpunkt der Verwendung vermischt werden
dürfen.
Deshalb ist es praktisch, zwei Vormischungen von Ingredienzien zur
Verfügung
zu haben, die dann nur vereinigt zu werden brauchen, um den erfindungsgemäßen Zement
herzustellen. Diese Vormischungen, die eine in Pulverform, die andere
in flüssiger
Form, stellen die zwei Bestandteile einer binären Zusammensetzung dar, die
zum Herstellen eines Knochenzements gemäß der Erfindung bestimmt ist.
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Gemäß der Erfindung
besteht die binäre
Zusammensetzung aus einem flüssigen
Bestandteil L, der ein Methylmethacrylatmonomer enthält, und
einem pulverförmigen
Bestandteil P, der ein Polymethylmethacrylat enthält, wobei
der pulverförmige
Bestandteil P 25 Gewichtsprozent bis 50 Gewichtsprozent, bezogen
auf das Gewicht des Pulvers, einer strahlungsundurchlässigen Zusammensetzung
aufweist.
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Vorteilhafterweise
weist in der binären
Zusammensetzung gemäß der Erfindung
der pulverförmige
Bestandteil P mindestens 35 Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens
45 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Pulvers, einer strahlungsundurchlässigen Zusammensetzung
auf.
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Gemäß einem
vorteilhaften Merkmal der Erfindung enthält die strahlungsundurchlässige Zusammensetzung
einen strahlungsundurchlässigen
Bestandteil und Calciumphosphat. Vorteilhafterweise weist die strahlungsundurchlässige Zusammensetzung
30 bis 45 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Pulvers,
eines strahlungsundurchlässigen
Bestandteils und 5 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des
Pulvers, Calciumphosphat auf. Gemäß einer bevorzugten Formulierung
weist die strahlungsundurchlässige
Zusammensetzung 45 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des
Pulvers, eines strahlungsundurchlässigen Bestandteils und ungefähr 5 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gewicht des Pulvers, Calciumphosphat auf.
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Der
strahlungsundurchlässige
Bestandteil kann aus der Gruppe bestehend aus Bariumsulfat und Zirkoniumdioxid
gewählt
sein. Was das Calciumphosphat anbelangt, so wählt man vorzugsweise das Hydroxid von
Apatit.
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Die
binäre
Zusammensetzung gemäß der Erfindung
weist zusätzlich
vorzugsweise eine wirksame Menge von einem oder mehreren der folgenden
Reagenzmittel auf:
- – in dem flüssigen Bestandteil L ein chemisches
Polymerisationsaktivierungsmittel;
- – in
dem pulverförmigen
Bestandteil P einen Polymerisationsinitiator und ein Stabilisierungsmittel.
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Beispielsweise
kann der flüssige
Bestandteil L 1,5 % bis 2,5 % DMPT enthalten. Der pulverförmige Bestandteil
P kann 0,2 % bis 2 % Benzoylperoxid und 20 ppm Hydrochinon enthalten.
Vorzugsweise enthält der
flüssige
Bestandteil L 2,4 % DMPT, während
der pulverförmige
Bestandteil P 0,5 ± 0,1
% PBO enthält.
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Bei
der Verwendung im Operationstrakt werden die beiden Bestandteile,
das Pulver und die Flüssigkeit,
vermischt. Zu diesem Zeitpunkt löst
sich die Pulverphase in der flüssigen
Phase, sodass sich ein Gemisch ergibt, das fließfähig genug sein sollte, um in
einen Wirbelkörper
injiziert zu werden. Während
des Mischens reagieren das Aktivierungsmittel und der Initiator,
um freie Radikale zu erzeugen. Diese Radikale starten die Polymerisationsreaktion,
die gemäß einer
gewünschten
Kinetik zum allmählichen
Aushärten
des Zements führt.
Um diese Kriterien gut zu beherrschen, wird die binäre Zusammensetzung
gemäß der Erfindung
vorteilhaft derart formuliert, dass der pulverförmige Bestandteil P und der
flüssige
Bestandteil L in einem Gewichtsverhältnis P/L zwischen 1 und 2,
vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,5, vorliegen.
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Für die praktizierenden Ärzte ist
es unabdingbar, langwierige Handhabungen und Fehlerquellen beim Operieren
einzuschränken.
Deshalb ist es praktisch, zwei Vormischungen von Ingredienzien in
separaten Behältern
zur Verfügung
zu haben. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist
folglich eine Vorrichtung, die zum Anmachen eines fluiden Zements
zur medizinischen Verwendung gemäß der Erfindung
bestimmt ist und Folgendes aufweist:
- i) einen
ersten Behälter,
der einen flüssigen
Bestandteil enthält,
der mindestens ein Methylmethacrylat und eventuell eine wirksame
Menge von einem chemischen Polymerisationsaktivierungsmittel, vorzugsweise Dimethyl-para-toluidin,
aufweist;
- ii) einen zweiten Behälter,
der einen pulverförmigen
Bestandteil enthält,
der mindestens ein Polymethylmethacrylat und eine strahlungsundurchlässige Zusammensetzung
wie zuvor beschrieben aufweist, und eventuell eine wirksame Menge
von einem Polymerisationsinitiator, vorzugsweise Benzoylperoxid,
und einem Stabilisierungsmittel, vorzugsweise Hydrochinon.
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Anders
ausgedrückt
wird eine Vorrichtung beansprucht, die für die Herstellung eines fluiden
Zements zur medizinischen Verwendung bestimmt ist und einen ersten
und einen zweiten Behälter
aufweist, wobei der erste bzw. zweite Behälter den flüssigen Bestandteil L bzw. den
pulverförmigen
Bestandteil P einer binären Zusammensetzung
gemäß der Erfindung
enthält.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann vorteilhaft beim Anmachen eines fluiden Zements zur medizinischen
Verwendung für
die Wirbelkörperauffüllung verwendet
werden.
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Noch
ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung eines fluiden Zements zur medizinischen Verwendung für die Wirbelkörperauffüllung, das
im Wesentlichen den Schritt aufweist, der darin besteht, einen pulverförmigen Bestandteil
P und einen flüssigen
Bestandteil L, wie zuvor beschrieben, zu einer homogenen Masse zu
vermischen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Variante des beanspruchten Verfahrens werden der pulverförmige Bestandteil
P und der flüssige
Bestandteil L in einem Gewichtsverhältnis P/L verwendet, das zwischen
1 und 2 liegt. Vorzugsweise werden die Bestandteile P und L in einem
Gewichtsverhältnis
P/L zwischen 1,4 und 1,5 verwendet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann vorteilhaft zur Herstellung eines fluiden Zements zur medizinischen Verwendung
für die
Wirbelkörperauffüllung verwendet
werden.
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Die
nachfolgenden Beispiele ermöglichen
ein besseres Verständnis
der Erfindung, ohne jedoch ihren Schutzbereich einzuschränken. Es
werden die folgenden Abkürzungen
verwendet:
- PMMA:
- Polymethylmethacrylat
- MMA:
- Methylmethacrylat
- BPO:
- Benzoylperoxid
- BaSO4:
- Bariumsulfat
- ZrO2:
- Zirkoniumdioxid
- HAP:
- calcium- und phosphorhaltiges
Hydroxyapatit
- DMTP:
- Dimethyl-para-toluidin
- HQ:
- Hydrochinon
- P/L:
- Verhältnis pulverförmige Phase/flüssige Phase,
bezogen auf das Gewicht.
BEISPIEL
1: Binäre
Zusammensetzung 1 | PULVERFÖRMIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| PMMA | 64,41 |
| BPO | 0,59 |
| BaSO4 | 25,00 |
| HAP | 10,00 |
| FLÜSSIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| MMA | 97,60 |
| DMPT | 2,40 |
| HQ | 0,002 |
mit P/L = 1,41 BEISPIEL
2: Binäre
Zusammensetzung 2 | PULVERFÖRMIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| PMMA | 59,33 |
| BPO | 0,54 |
| ZrO2 | 30,08 |
| HAP | 10,05 |
| FLÜSSIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| MMA | 97,60 |
| DMPT | 2,40 |
| HQ | 0,002 |
mit P/L = 1,57 BEISPIEL
3: Binäre
Zusammensetzung 3 | PULVERFÖRMIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| PMMA | 49,43 |
| BPO | 0,45 |
| ZrO2 | 40,01 |
| HAP | 10,11 |
| FLÜSSIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| MMA | 97,60 |
| DMPT | 2,40 |
| HQ | 0,002 |
mit P/L = 1,47 BEISPIEL
4: Binäre
Zusammensetzung 4 | PULVERFÖRMIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| PMMA | 49,50 |
| BPO | 0,45 |
| ZrO2 | 45,06 |
| HAP | 4,99 |
| FLÜSSIGE PHASE
(Gewichtsprozent) | |
| MMA | 97,60 |
| DMPT | 2,40 |
| HQ | 0,002 |
mit P/L = 1,48
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BEISPIEL 5: Verfahren zum Herstellen eines
Knochenzements
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– Pulverförmiger Bestandteil
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Die
pulverförmige
Phase wird durch Sieben der verschiedenen Ingredienzien bei 200 μm, dann Mischen
durch Rühren
während
einer Minute, beispielsweise in einem Multiflux-Mischer, erhalten.
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– Flüssiger Bestandteil
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Die
flüssige
Phase wird durch Lösen
des Hydrochinons in dem MA-Monomer hergestellt. Das Rühren wird
bis zum vollständigen
Lösen fortgesetzt.
Anschließend
wird das DMPT beigemischt.
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Die
beiden Phasen werden separat in Behälter verpackt, die sich für ihre Aufbewahrung
eignen. Die Kits zur sofortigen Bereitstellung umfassen einen Behälter, der
die flüssige
Phase enthält,
und einen Behälter, der
die pulverförmige
Phase enthält.
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– Binäre Zusammensetzung
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Bei
der Verwendung im Operationstrakt werden die Behälter geöffnet und ihr Inhalt wird gemischt.
Das Pulver löst
sich schnell in der flüssigen
Phase, wobei sich ein fließfähiges Gemisch
ergibt, das durch eine entsprechende Röhre in den Wirbelkörper des
Patienten injiziert wird. Der Initiator BPO und das Aktivierungsmittel DMPT
reagie ren, wobei freie Radikale gebildet werden, die die Reaktion
der fortschreitenden Polymerisation des Zements starten. Der Chirurg
hat dann ungefähr
eine Viertelstunde zur Verfügung,
um zu operieren, wobei er die Prozedur ständig fluoroskopisch überwacht.
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BEISPIEL 6: Herstellen des Hydroxyapatits
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Das
verwendete Hydroxyapatit wird durch Ausfällen im wässrigen Medium erhalten. Dieses
Verfahren beruht auf der Neutralisierung der Orthophosphorsäure durch
Calciumhydroxid, wie von Wallaeys (Wallaeys R., 1952, „Contribution à. l'étude des apatite phosphocalciques", Ann. Chim., 7,
S. 808-848) beschrieben und von Osaka (Osaka A., Miura Y., Takeuchi
K., Asada M. und Takahashi K., 1991, „Calcium apatite prepared
from calcium hydroxyde and orthophosphoric acid", J. Mater. Sci. Mat. Med., 2, S. 51-55) weiterentwickelt.
Dabei wird die folgende Reaktion ins Spiel gebracht: 6H3PO4 + 10Ca(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2
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Dieses
wenig verwendete Verfahren hat den enormen Vorteil, umweltfreundlich
zu sein, denn das Reaktionsmedium ist demineralisiertes Wasser.
Die Reaktion erzeugt keine giftige Verbindung, die die Biokompatibilität des Knochenzements
beeinträchtigen
könnte.
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Das
Herstellungsverfahren läuft
folgendermaßen
ab:
Nach einem Calcinieren bei 900°C wird das Calciumhydroxid in
demineralisiertem Wasser in Suspension gebracht, wozu eine Lösung verdünnter Phosphorsäure gegeben
wird. Nach dem Reifen wird das Reaktionsprodukt filtriert, im Wärmeschrank
getrocknet, dann zerkleinert und mit verschiedenen Sieben gesiebt.
Anschließend
wird das auf diese Weise erhaltene Pulver bei einer Temperatur zwischen
900°C und
1100°C calciniert. Ein
Endsieben ermöglicht, die
Fraktion mit einer Körnung
kleiner als 30 μm
zu gewinnen.
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BEISPIEL 7: Versuche gemäß ISO-Norm
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Die
Norm ISO 5833 mit dem Titel „Chirurgische
Implantate – Knochenzemente
auf Basis von Acrylharz" definiert
die von der Gesetzgebung geforderten Merkmale und die Standardtests,
die ermöglichen,
diese Merkmale zu quantifizieren. Die in den vorhergehenden Beispielen
1 bis 4 beschriebenen Zusammensetzungen sind getestet worden.
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Eine
erste Versuchsreihe betrifft die Eigenschaften des Zements bei seiner
Verwendung, nämlich
die Abbindezeit, die Maximaltemperatur, die von dem Zement während der
Polymerisation erreicht wird, und die Knetdauer. Die Ergebnisse,
die für
die vier Zusammensetzungen erhalten wurden, sind in der Tabelle
1 dargestellt.
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Eine
zweite Versuchsreihe betrifft die Eigenschaften des an der Verwendungsstelle
befindlichen Zements, d.h. die Druckfestigkeit, die Biegefestigkeit
und den Biegemodul. Die Ergebnisse, die mit den Zusammensetzungen
1, 3 und 4 erhalten wurden, sind in der Tabelle 2 dargestellt.
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Alle
Prüfverfahren
sind in der Norm ISO 5833 ausführlich
beschrieben. TABELLE 1
| | Abbindezeit
(min) | Maximaltemperatur
(°C) | Knetdauer
(min) |
| Zusammensetzung
1 | 17,80 | 73,9 | 10,75 |
| Zusammensetzung
2 | 15,66 | 73,3 | 10,20 |
| Zusammensetzung
3 | 18,46 | 67,9 | 9,50 |
| Zusammensetzung
4 | 18,05 | 69,5 | 9,00 |
TABELLE 2
| | Druckfestigkeit
(MPa) | Biegefestigkeit
(MPa) | Biegemodul
(MPa) |
| Zusammensetzung
1 | 84,2 | 58,2 | 3345 |
| Zusammensetzung
3 | 88,4 | 58,1 | 4043 |
| Zusammensetzung
4 | 74,6 | 57,6 | 3461 |
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäßen Zemente mit den geltenden
Vorschriften konform sind und als chirurgische Implantate verwendet
werden können.
-
Außerdem ist
festzuhalten, dass ihre Merkmale die weiter oben definierten Anforderungsspezifikationen
für Zemente,
die zur perkutanen Vertebroplastie verwendbar sind, erfüllen (Abbindezeit
länger
als 15 Minuten, Strahlungsundurchlässigkeit bei Fluoroskopie und
Bewahrung der Druckfestigkeits- und Biegefestigkeitsmerkmale sowie
des Biegemoduls).
-
BEISPIEL 8: Polymerisationstemperaturtest
-
Die
Wirkung des Vorhandenseins von Calciumphosphat auf die Temperatur
im Wirbelkörper
während der
Polymerisation ist im Labor gemessen worden. Die Entwicklung der
Temperatur bei der Polymerisation ist in einem Zement gemäß dem Beispiel
1 und in einem Vergleichszement, dessen strahlungsundurchlässig machendes
Mittel lediglich Bariumsulfat (ohne Hydroxyapatit) ist, gemessen
worden.
-
Das
Ergebnis des Versuchs ist in der Tabelle 3 dargestellt. TESTZUSAMMENSETZUNG VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG
| PULVERFÖRMIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| PMMA: | 64,41 | 64,41 |
| BPO: | 0,59 | 0,59 |
| BaSO4: | 25,00 | 35,00 |
| HAP: | 10,00 | 0 |
| FLÜSSIGE PHASE
(Gewichtsprozent) |
| MMA: | 97,60 | 97,60 |
| DMPT: | 2,40 | 2,40 |
| HQ: | 0,002 | 0,002 |
TABELLE
3
| | Abbindezeit
(min) | Maximaltemperatur
(°C) |
| Testzusammensetzung | 17,80 | 73,9 |
| Vergleichszusammensetzung | 17,50 | 81,2 |
-
Es
ist festzustellen, dass das Vorhandensein von Hydroxyapatit eine
Absenkung der Maximaltemperatur, die während der Polymerisationsreaktion
in dem Zement herrscht, um 7,3°C
bewirkt.