DE69924069T2

DE69924069T2 - Biokompatible resorbierbare chirurgische Nieten und Stifte

Info

Publication number: DE69924069T2
Application number: DE69924069T
Authority: DE
Inventors: David W. Overaker; Shawn T. Huxel; Kevin Cooper; Dennis D. Jamiolkowski; Thomas J. Penfield Cummins
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2019-11-03
Also published as: JP2000185051A; EP0998878B1; DE69924069D1; JP4156152B2; EP0998878A1; US6241732B1

Description

Gebiet der Erfindung
Das technische Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, ist das der chirurgischen Vorrichtungen, insbesondere das der absorbierbaren orthopädischen Befestiger. Genauer gesagt absorbierbare Polymernieten und -stifte zur Verwendung beim Befestigen von Knochen, insbesondere Hartgewebe des Schädels oder des Gesichts, für plastische oder rekonstruktive chirurgische Eingriffe.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt derzeit eine Vielzahl von metallischen Befestigern, die für das Befestigen von Knochenplatten an Frakturen und chirurgischen Reparaturstellen verfügbar sind; spinale, kraniale und maxillofaziale Platten sind alle unter Verwendung von Metallschrauben befestigt worden. Der Nachteil von Metallvorrichtungen besteht darin, dass sie beständig sind und durch einen zweiten chirurgischen Eingriff entfernt werden müssen. Wenn sie im Körper verbleiben, kann Gewebeatrophie und ein nachfolgendes Lockern der Vorrichtung auftreten.
Synthetische absorbierbare biokompatible Polymere sind in der Technik gut bekannt. Derartige Polymere werden typischerweise verwendet, um medizinische Vorrichtungen herzustellen, die in Körpergewebe implantiert werden und über die Zeit absorbieren. Synthetische absorbierbare biokompatible aliphatische Polyester umfassen Homopolymere, Copolymere (Zufalls-, Block-, segmentierte und Pfropf-Copolymere) von Monomeren wie beispielsweise Glykolsäure, Glykolid, Milchsäure, Lactid (d, l, meso und Mischungen davon), ε-Caprolacton, Trimethylencarbonat und p-Dioxanon. Viele US-Patente beschreiben diese Polymere, einschließlich 5,431,679; 5,403,347; 5,314,989; 5,431,679; 5,403,347; und 5,502,159.
Mit dem Erscheinen von absorbierbaren Polymeren ist eine neue Generation von Befestigungsmitteln (Schrauben, Stifte etc.) aufgekommen, die so konstruiert sind, dass sie graduell durch den Körper absorbiert werden, während ihre funktionale Verwendung abnimmt. Vorrichtungen, die aus einem absorbierbaren Material hergestellt sind, weisen den Vorteil auf, dass sie nur für die Zeitspanne verbleiben, die für das Heilen erforderlich ist.
Es gibt eine Anzahl von orthopädischen Nieten, die im Stand der Technik offenbart sind.
Das US-Patent 5,167,665 beschreibt eine Blindniete mit einem Kopf an ihrem proximalen Ende und einem Mitteldorn, der eine Kugel oder einen Kopf distal zum Kopf der Niete aufweist. Die Kombination wird in ein in dem Knochen vorgebohrtes Loch eingeführt und wird unter der Knochencortexschicht durch proximales Ziehen des Mitteldorns befestigt, wodurch die Kugel zusammenfällt, um einen zweiten Kopf auszubilden, der unter der Cortexschicht verbleibt.
Die US-Patente 5,268,001 und 5,725,529 beschreiben ein flexibles Büchsenelement und ein verlängertes Teil, wobei das verlängerte Teil einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser der Büchse. Die Büchse wird in ein in dem Knochen vorgebohrtes Loch eingeführt. Dann wird das Teil in die Büchse eingeführt, wodurch sie nach außen gezwungen wird, um sie in dem Knochen zu sichern.
Die US-Patente 5,326,205 und 5,501,695 beschreiben eine Befestigungsvorrichtung, die angepasst ist, um in einen Knochen hinein zu expandieren. Das Befestigungselement weist einen röhrenförmigen Körper mit einer Längsöffnung und einen Kopf proximal und Teile auf, die sich distal entlang seinem Körper erstrecken. Ein Abzieher mit einem Kopf an seinem distalen Ende wird in den röhrenförmigen Körper eingeführt. Die Anordnung wird in ein in den Knochen vorgebohrtes Loch eingeführt. Wenn der Abzieher proximal bewegt wird, drückt er die Teile auf dem röhrenförmigen Körper, wodurch sie so gefaltet werden, dass die Teile in den Knochen eingreifen. Der Abzieher wird dann an dem Kopf des röhrenförmigen Körpers abgebrochen, wodurch die Vorrichtung in dem Knochen gesichert verbleibt.
Das US-Patent 5,480,403 beschreibt einen Nahtmaterialanker, der eine Niete umfasst, die proximal radial flexible Schenkel und einen Einstellstift mit einer scharfen Spitze an seinem Ende distal zu den flexiblen Schenkeln der Niete und ein an seinem proximalen Ende angebundenes Nahtmaterial aufweist. Die Niete und der Stift werden in ein vorgebohrtes Loch eingeführt. Das Loch ist tiefer gebohrt als die Tiefe der Niete/des Stifts, um den Stift aufzunehmen, da der Stift anfänglich über das distale Ende der Niete hinaus eingeführt wird.
Der Stift wird dann nach proximal gezogen, wodurch die proximalen Schenkel der Niete expandieren, die dann in den Knochen eingreifen.
In einer weiteren Ausführungsform von US-Patent 5,480,403 weist der Nahtmaterialanker eine Niete und einen Stift auf, wobei die Niete Schenkel aufweist, die sich distal erstrecken. Die Niete und der Stift werden in ein vorgebohrtes Loch eingeführt. Wenn der Stift nach proximal gezogen wird, expandieren die Nietenschenkel radial, die sich so verjüngen, dass der Innendurchmesser der Niete geringer ist, wenn man sich proximal zum Kopf der Niete bewegt, um den Nahtmaterialanker an der Knochenoberfläche zu sichern, während der Stift proximal gezogen wird.
Die US-Patente 5,713,903 und 5,720,753 beschreiben einen Befestiger mit expandierten Schenkeln an seinem distalen Ende und einem Stift mit einem konisch erweiterten Ende, der in eine zentrale Bohrung in einer Tiefe eingesetzt ist, die größer ist als die Länge der Befestigerschenkel. Wenn der Stift proximal bewegt wird, expandiert das konisch erweiterte Ende des Stiftes die Schenkel des Befestigers, um ihn an dem Knochen zu sichern. Der Stift wird dann an einer Nut am Kopf des Befestigers abgetrennt. Der Befestiger dient speziell dem Sichern von Weichgewebe an Knochen.
Diese Patente betreffen Vorrichtungen, die in ein Loch eingeführt werden und dann, indem ein Teil nach oben, oder proximal, durch oder in einen radial flexiblen Abschnitt der Vorrichtung getrieben wird, entfaltet werden. Dies erfordert, dass das Loch tiefer ist als die Tiefe der entfalteten Vorrichtung, um genügend Raum zu lassen, um die Vorrichtung vollständig vor der Entfaltung einzuführen. Derartige Konstruktionen sind unerwünscht für chirurgische Anwendungen, wo nur eine dünne Schicht aus Knochen für die Befestigung verfügbar ist oder es nicht möglich ist, über die Tiefe der dünnen Knochenschicht hinaus zu bohren aus Angst, darunterliegendes weiches Gewebe zu verletzen, wie beispielsweise bei kranialen und maxillofazialen chirurgischen Eingriffen. In derartigen Fällen ist die erforderliche Länge des Befestigers für eine angemessene Befestigungsstärke sehr nahe an der Gesamtstärke des Knochens.
Das US-Patent 4,590,928 beschreibt einen Anker, der aus einem verlängerten zylindrischen Körper mit einem sich verjüngenden koaxialen Kanal und radial flexiblen Schenkeln und einem Stift besteht, der in das Ende einführbar ist, das den Kopf, das proximale Ende, aufweist. Der Körper wird in einem Loch angeordnet, das in einem Knochen ausgebildet ist, und der Stift wird in den Kanal eingeführt, um die Schenkel radial in den umgebenden Knochen zu expandieren. Der Körper und der Stift bestehen aus biokompatiblem Material und der Körper enthält Kohlenstofffasern, die in seinem Inneren eingebettet sind und sich in Längsrichtung entlang seinem Inneren erstrecken. Da Kohlenstofffasern nicht vom Körper absorbiert oder innerhalb des Körpers resorbiert werden, ist dieser Befestiger nur teilweise absorbierbar.
Dieses Patent, US 4,590,928 , beschreibt einen Befestiger mit einem massiven Stift. Es ist wohl bekannt, dass sich die Materialeigenschaften, wie beispielsweise der Young-Elastizitätsmodulus und die Materialstreckspannung, von Knochengewebe erheblich mit dem Alter ändern und zwischen Einzelpersonen mit gleichem Alter und Geschlecht erheblich schwanken. Ein massiver Stift beschränkt daher die Befestigungsfähigkeit der Vorrichtung, da sich der Stift nicht deformieren kann, wenn der umgebende Knochen so steif ist, dass die Schenkel nicht radial nach außen expandieren können. Ein weiterer Befestiger ist in EP 0 611 557 beschrieben. Seine Offenbarungen bilden die Grundlage für den Oberbegriff des hieran angefügten Anspruches 1.
Wo der umgebende Knochen steifer ist als das, wofür die Vorrichtung konstruiert worden ist, und der Stift massiv ist, wird die große Kraft, die erforderlich ist, um den steifen Stift in das sich verjüngende Loch hineinzutreiben, so sein, dass entweder die Schenkel deformiert oder nutzlos gemacht, oder der Stift zerbrochen werden wird. Ein radial komprimierbarer oder flexibler Stift, der sich radial nach innen deformieren könnte, um unter hohen Einführungsbelastungsbedingungen zu dem inneren Durchgang zu passen, würde dem Befestiger eine bessere Leistungscharakteristik über einen größeren Bereich von Knochenmaterialeigenschaften verleihen.
Was deshalb in der Technik benötigt wird, ist ein neuer absorbierbarer Befestiger für kraniale, maxillofaziale und andere rekonstruktive chirurgische Anwendungen, bei denen der Befestiger in ein Loch mit der gleichen Tiefe wie der Befestiger eingeführt und entfaltet wird, indem ein radial komprimierbares Teil von oben nach unten, oder distal, in einen flexiblen Körper des Befestigers getrieben wird. Die vorliegende Erfindung offenbart eine derartige Vorrichtung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Befestigungsvorrichtung wie in Anspruch 1 definiert bereit.
Die offenbarte Erfindung ist ein biokompatibler bioabsorbierbarer Niete- und Stift-Befestiger umfassend: (1) eine biokompatible Niete mit einem Kopf mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende und einer Zentralachse, wobei der Kopf einen inneren Durchgang aufweist, der sich von dem proximalen zu dem distalen Ende des Kopfes erstreckt, der im Wesentlichen parallel zur Zentralachse des Kopfes ist, wobei das distale Ende des Kopfes mechanisch mit zwei oder mehreren Schenkeln verbunden ist, die sich im Allgemeinen distal von dem Kopf erstrecken und eine innere Oberfläche aufweisen, die der Zentralachse gegenüberliegt, und (2) einen biokompatiblen Stift mit einem radial komprimierbaren Querschnitt, der weniger nachgiebig ist als die Schenkel der Niete, der ausgeführt ist, um in den inneren Durchgang der Niete eingeführt zu werden, und der, während er von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Kopfes der Niete nach vorne bewegt wird, die innere Oberfläche der Schenkel kontaktieren wird, um eine Kraft an den Schenkeln in einer Richtung anzulegen, die im Wesentlichen senkrecht zur Zentralachse ist.
Der Stift kann eine Umfangsnut oder -rippe aufweisen, die an der seitlichen Oberfläche des Stiftes angeordnet ist. Die Nut oder Rippe auf der Stiftoberfläche würde in eine Umfangsrippe oder -nut auf der inneren Oberfläche des inneren Kanals, der durch den Körper reicht, eingreifen. Dies würde ein Mittel zum Verriegeln des Stiftes in der Position bereitstellen, um eine axiale Migration des Stiftes nach dem vollständigen Einführen des Stiftes zu verhindern.
Der Stift kann sein: 1) ein getrennter Körper oder 2) einstückig mit dem Körper durch eine brechbare Verbindung ausgebildet sein, so dass die nach unten gerichtete Treibkraft den Stift von dem Körper abtrennen und dann den Stift distal in den Körper treiben würde.
Ein weiterer Vorteil der offenbarten Konstruktion besteht darin, dass der Stift flexible Elemente aufweist, die weniger nachgiebig oder steifer sind als die flexiblen Schenkel des Körpers. Der Stift wird deshalb steif genug sein, um die Schenkel des Körpers radial nach außen zu expandieren, wenn die Vorrichtung in Knochen mit durchschnittlichen Materialeigenschaften entfaltet wird, für die die Vorrichtung konstruiert wäre, aber auch eine ausreichende Nachgiebigkeit aufweisen, um sich nach innen zu falten, wenn die Vorrichtung in sehr steifem Knochen entfaltet wird, in dem die Schenkel des Körpers nicht nach außen expandieren können.
Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Beispielen offenkundiger werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der biokompatiblen, bioabsorbierbaren Niete und des Stiftes der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Niete, wobei der Stift in den inneren Durchgang des Kopfes eingeführt ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Verriegelungsmechanismus vorhanden ist.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Rippen auf den Schenkeln der Niete bereitgestellt sind, um einen Eingriff der Niete in das umgebende Gewebe zu gewährleisten, wenn sie entfaltet wird.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Stiftes.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Applikators für den Nieten- und Stift-Befestiger.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Eine Ausführungsform des Nieten- und Stift-Befestigers der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. Der Nieten- und Stift-Befestiger 2 besteht aus der Niete 3 und dem Stift 5. Die Niete besteht aus dem Kopf 4 und wenigstens zwei Schenkeln 12, die an dem distalen Ende 8 des Kopfes angebracht sind. Das proximale Ende 6 des Kopfes weist einen inneren Durchgang 14 auf, der im Wesentlichen parallel zur Zentralachse des Kopfes 10 ist. Der Kopf 4 wird bevorzugterweise hinsichtlich des Durchmessers von dem distalen zum proximalen Ende expandieren, um eine Oberfläche zum Befestigen einer orthopädischen Vorrichtung an einem Knochen nach Entfalten des Befestigers bereitzustellen. Der Stift 5 ist radial komprimierbar, was bedeutet, dass der Querschnittsdurchmesser von wenigstens einem Abschnitt des Stifts verringert werden kann, wenn eine ausreichende Radialkraft an dem Stift angelegt wird. Eine Ausführungsform des Stiftes 5 weist wenigstens zwei distale radial flexible Teile 16 auf, die an der Verbindung 18 miteinander verbunden sind. Der Nieten- und Stift-Befestiger wird entfaltet durch nach vorne Bewegen des Einführungsendes des Stiftes in den inneren Durchgang 14 in dem proximalen Ende 6 der Niete 4. Das Einführungsende 20 des Stiftes wird dann nach vorne zu dem distalen Ende 8 des Kopfes 4 bewegt. Während der Stift 5 nach vorne bewegt wird, wird das Einführungsende 20 des Stiftes die Schenkel 12 der Niete kontaktieren und eine Kraft ausüben, die im Allgemeinen senkrecht zur Zentralachse 10 der Niete 4 ist. Die flexiblen Elemente 16 des Stiftes 5 sind so konstruiert, dass sie sich eher biegen, als dass sie dazu führen, dass die flexiblen Schenkel 12 der Niete 4 brechen oder sich vom Kopf 4 lösen, während die Schenkel nach außen expandieren, um durch Reibung in den benachbarten Knochen einzugreifen.
Die flexiblen Schenkel 12 in der Niete weisen bevorzugterweise eine Geometrie auf, so dass sich die Stärke der Schenkel 12 erhöht, die sich distal von der Verbindung zu dem Kopf 4 erstreckt. Dieses Merkmal befähigt die Schenkel 3 dazu, dass sie unter Zwang nach außen expandieren, wenn der gerade Stift 5 in den inneren Durchgang 14 getrieben wird. In einem derartigen Fall, wo sich die Stärke der Schenkel 12 erhöht, die sich distal von der Verbindung mit dem Kopf erstreckt, weist der Befestiger verstärkte Verankerungseigenschaften auf, wenn er entfaltet ist, da der Außendurchmesser der Niete an dem distalen Abschnitt der Schenkel 12 größer ist als der Außendurchmesser der Niete an dem distalen Ende des Kopfes, wo die Schenkel 12 angebracht sind. Die Schenkel 12 werden deshalb nach außen über den anfänglichen Lochdurchmesser hinaus expandieren, der in der dichten Knochenoberflächenschicht, dem Cortex, erzeugt worden ist. Die Schenkel 12 können auch eine abgeschrägte oder abgerundete Vorderkante 24 aufweisen, um die einfache Einführung des Körpers in ein Loch zu verbessern. In ähnlicher Weise kann der Stift 5 eine abgeschrägte oder abgerundete Vorderkante 26 aufweisen, um ein leichtes Einführen des Stiftes 5 in den inneren Durchgang 14 in der Niete 4 zu erleichtern. Die Niete kann auch eine abgeschrägte innere Oberfläche aufweisen, um das Entfernen der Vorrichtung, sofern erforderlich, mit einem Applikator zu erlauben, nachdem sie eingesetzt worden ist.
Der Stift 5 weist radial flexible Elemente 16 an seinem distalen Ende auf. In der bevorzugten Ausführungsform sind die flexiblen Elemente 16 des Stiftes 5 weniger nachgiebig, oder steifer, als die flexiblen Schenkel 12 der Niete 4. Dies führt zu einem Stift 5 mit einer geringeren strukturellen Nachgiebigkeit oder einer größeren strukturellen Steifheit als jene der Niete 4 am distalen Ende der Vorrichtung. Das Einführen des Stiftes 5 in den inneren Durchgang 14 der Niete 4 wird zu einer radialen Expansion der Schenkel 12 der Niete 4 und einer radialen Kompression der Elemente 16 des Stiftes 5 führen. Da die Gesamtsteifheit der Elemente 16 des Stiftes größer ist als die Gesamtsteifheit der Schenkel 12 der Niete 4, wird die sich ergebende radiale Kraft immer nach außen gerichtet sein, um durch Reibung die Schenkel 12 der Niete 4 in den umgebenden Knochen eingreifen zu lassen. Um jedoch zu verhindern, dass der Stift 5 die Schenkel 12 bis zu dem Punkt schert oder deformiert, dass die Schenkel aufhören, wirksam durch Reibung in den umgebenden Knochen einzugreifen, wird wenigstens ein Abschnitt des Stiftes 5 bei einem Schwellenwert radial komprimieren, der geringer ist als die Kraft, die die Schenkel 12 wesentlich beschädigen würde.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Oberfläche 28 des Durchganges 14 eine Umfangsnut 30 auf, die in eine Umfangsrippe 32 der seitlichen Oberfläche 31 des Stiftes 5 eingreift. Im Gegensatz dazu kann in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Oberfläche des Kanals 28 eine Umfangsrippe aufweisen, die in eine Umfangsnut auf der seitlichen Oberfläche des Stiftes 5 eingreift. Beide Ausführungsformen liefern ein Verriegelungsmittel für den eingeführten Stift, um eine axiale Wanderung des Stiftes nach dem Einführen zu verhindern. Zusätzlich kann diese Ausführungsform leicht eine taktile und/oder Audio-Rückkopplung bereitstellen, um dem Chirurgen ins Bewusstsein zu bringen, dass der Stift in der Niete vor Ort verriegelt worden ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 3 dargestellt ist, sind die Niete 4 und der Stift 5 durch eine Verbindung 36 aus dünnem Material innerhalb des Kopfes 4 miteinander verbunden, um eine einstückige Vorrichtung auszubilden. Wenn die Vorrichtung in ein Loch in einem Knochen eingeführt wird, wird eine Antriebskraft an dem Stift die Materialverbindung brechen und dann den Stift in den Körper treiben, um den Befestiger zu entfalten.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 4 dargestellt ist, weisen die äußeren lateralen Oberflächen 42 der Schenkel 12 eine oder eine Anzahl von Rippen 44 und/oder Vorsprüngen auf, die sich in dem benachbarten Knochen nach Entfalten des Befestigers einbetten, um die Befestigungsstärke der Vorrichtung zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 5 dargestellt ist, könnte der Stift 5 Teil eines durchgängigen Stabes 50 der Stifte 5 sein, die durch die Abrundung oder Abschrägung 52 auf der Vorderkante des Stiftes 5 voneinander getrennt sind. Eine Antriebskraft würde an dem durchgängigen Stab 50 angelegt werden, um das distale Ende des Stabes 54 in die Niete 4 zu treiben, bis das Einführungsende des Stiftes 5 vollständig mit der Niete 4 im Eingriff ist. Der distale Stift wird dann von dem Stab 50 gelöst, um die Verbindung 52 zu brechen, indem eine ausreichende Biegekraft an dem Stab angelegt wird, oder indem an der Verbindung 52 geschnitten wird, wodurch ein neues distales Ende 52A erzeugt wird. Der durchgängige Stab würde demgemäß verwendet werden, um eine Anzahl von Nieten zu entfalten.
Ebenfalls offenbart ist ein Verfahren zum Anbringen des Befestigers 2, wie in 6 gezeigt. Nachdem der Chirurg ein Loch 61 in den Knochen an der Stelle gebohrt hat, wo eine Platte 60 oder eine andere Vorrichtung befestigt werden wird, werden die Niete und der Stift in einen Applikator 62 geladen. Die Niete 4 wird dann durch das Plattenloch 64 in das Loch 61 eingeführt. Der Stift 5 wird in die Niete 4 getrieben, indem eine nach unten gerichtete Kraft auf dem Stempel 66 des Applikators 62 angelegt wird. Das Verfahren wird so oft wiederholt, wie es erforderlich ist, um eine ausreichende Haltekraft für die Platte 60 zu erhalten.
Geeignete Materialien, aus denen der Befestiger hergestellt sein kann, können ein biokompatibles Polymer umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus: aliphatische Polyester; Polyorthoester; Polyanhydride; Polycarbonate, Polyurethane; Polyamide; Polyalkylenoxide; und Kombinationen davon. Der orthopädische Befestiger der vorliegenden Erfindung kann auch aus absorbierbaren Gläsern oder Keramiken hergestellt sein, die Calciumphosphate und andere biokompatible Metalloxide (d. h. CaO) umfasst. Der Befestiger der vorliegenden Erfindung kann weiter Kombinationen aus absorbierbaren Keramiken, Gläsern und Polymeren umfassen.
In der bevorzugten Ausführungsform besteht der orthopädische Befestiger aus aliphatischem Polymer- und Copolymer-Polyestern und Mischungen davon. Die aliphatischen Polyester werden typischerweise in einer Ringöffnungspolymerisation synthetisiert. Geeignete Monomere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Milchsäure, Lactid (einschließlich L-, D-, meso- und D,L-Mischungen), Glycolsäure; Glyoclid, ε-Caprolacton, p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on), Trimethylencarbonat (1,3-Dioxan-2-on), delta-Valerolacton, β-Butyrolacton, ε-Decalacton, 2,5-Diketomorpholin, Pivalolacton, α,α-Diethylpropiolacton, Ethylencarbonat, Ethylenoxalat, 3-Methyl-1,4-dioxan-2,5-dion, 3,3-Diethyl-1,4-dioxan-2,5-dion, γ-Butyrolacton, 1,4-Dioxepan-2-on, 1,5-Dioxepan-2-on, 6,6-Dimethyl-dioxepan-2-on, 6,8-Dioxabicycloctan-7-on und Kombinationen davon. Diese Monomere werden im Allgemeinen in Gegenwart eines Organometallkatalysators und eines Initiators bei erhöhten Temperaturen polymerisiert. Der Organometallkatalysator basiert bevorzugterweise auf Zinn, z. B. Zinn(II)-Oktoat, und ist in der Monomerenmischung in einem molaren Verhältnis Monomer zu Katalysator vorhanden, das von etwa 10.000/1 bis etwa 100.000/1 reicht. Der Initiator ist typischerweise ein Alkanol (einschließlich Diole und Polyole), ein Glycol, eine Hydroxysäure oder ein Amin und ist der Monomerenmischung in einem molaren Verhältnis von Monomer zu Initiator vorhanden, das von etwa 100/1 bis etwa 5.000/1 reicht. Die Polymersiation wird typischerweise bei einem Temperaturbereich von etwa 80°C bis etwa 240°C, bevorzugterweise von etwa 100°C bis etwa 220°C durchgeführt, bis das erwünschte Molekulargewicht und die erwünschte Viskosität erreicht werden.
Die Polymermischungen der vorliegenden Erfindung werden auf herkömmliche Art und Weise hergestellt. Ein Verfahren zum Mischen der Homopolymere und Copolymere, die wie oben beschrieben hergestellt sind, besteht darin, die Polymere einzeln in ein übliches Mischungsgefäß oder Reaktionsgefäß mit einer darin angebrachten herkömmlichen Mischvorrichtung zu geben, wie beispielsweise einen Impeller oder Äquivalente davon. Dann werden die Polymere und Copolymere bei einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa 230°C, bevorzugtererweise von etwa 160°C bis etwa 200°C, für etwa 5 bis etwa 90 Minuten, bevorzugtererweise für etwa 10 Minuten bis etwa 45 Minuten gemischt, bis eine gleichförmig dispergierte Polymermischung erhalten ist. Dann wird die Polymermischung weiter verarbeitet, indem sie aus der Mischvorrichtung entfernt wird, auf Raumtemperatur gekühlt, gemahlen und bei Drücken unterhalb Atmosphärendruck bei erhöhten Temperaturen für eine Zeitspanne unter Verwendung herkömmlicher Vorrichtungen und Verfahren getrocknet wird. Ein weiteres Verfahren zum Mischen der Homopolymere oder Copolymere besteht darin, die Polymere durch einen Zwillingsschraubenextruder mit einer geeigneten Mischzone oder geeigneten Mischzonen zu führen.
Unter den oben beschriebenen Bedingungen werden die Polymere und Mischungen, die aus Glycolid, ε-Caprolacton, p-Dioxanon, Lactide und Trimethylencarbonat bestehen, typischerweise ein Gewichtsmittel des Molekulargewichtes von etwa 20.000 g/Mol bis etwa 300.000 g/Mol, typischerweise etwa 40.000 g/Mol bis etwa 260.000 g/Mol und bevorzugterweise etwa 60.000 g/Mol bis etwa 225.000 g/Mol aufweisen. Diese Molekulargewichte liefern eine logarithmische Viskositätszahl zwischen etwa 0,5 bis etwa 4,0 Deziliter pro Gramm (dl/g), typischerweise etwa 0,7 bis etwa 3,5 dl/g und am bevorzugtesten etwa 1,0 bis etwa 3,0 dl/g, wie in einer 0,1 g/dl Lösung aus Hexafluorisopropanol (HFIP) bei 25°C gemessen. Es sollte auch festgehalten werden, dass unter den oben beschriebenen Bedingungen der Restmonomergehalt weniger als etwa 5 Gewichtsprozent sein würde.
Artikel wie beispielsweise absorbierbare medizinische Befestigungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung werden aus den Polymeren und Mischungen der vorliegenden Erfindung durch Verwendung verschiedener Spritz- und Extrusionsformausrüstungen, die mit einer Kammer oder Kammern für trockene Stickstoffatmosphären ausgerüstet sind, bei Temperaturen, die von etwa 100°C bis etwa 230°C reichen, bevorzugtererweise 140°C bis etwa 200°C, mit Verweilzeiten von etwa 1 bis 20 Minuten, bevorzugtererweise etwa 2 bis etwa 10 Minuten geformt. Die bevorzugte Vorrichtung ist ein orthopädischer Nietenbefestiger. Die bevorzugte Vorrichtung sollte so geformt sein, dass die Schenkel 12 der Niete in der expandierten Position ausgerichtet sind (die Position, in die die Schenkel expandiert werden, wenn der Stift vor Ort ist). Das Formen der Niete, wobei die Schenkel expandiert sind, wird dazu führen, dass die Belastung an der Verbindung der Schenkel 12 mit dem Kopf 4 verringert ist, wenn die Schenkel expandiert werden. Die Verringerung der Belastung an dieser Verbindung sollte die nützliche Lebensspanne des Nieten- und Stift-Befestigers nach der Implantation verlängern.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Nietenerfindung können Polymere und Mischungen als eine Wirkstoffabgabematrix verwendet werden. Um diese Matrix auszubilden, würde das Polymer mit einem therapeutischen Mittel gemischt werden. Die Vielzahl von verschiedenen therapeutischen Agenzien, die in Verbindung mit den Polymeren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ist enorm. Im Allgemeinen umfassen therapeutische Mittel, die vermittels der pharmazeutischen Zusammensetzungen der Erfindung verabreicht werden können, ohne Beschränkung: Antiinfektiva wie beispielsweise Antibiotika und antivirale Agenzien, Analgetika und analgetische Kombinationen; entzündungshemmende Mittel; Hormone wie beispielsweise Steroide; Knochen regenerierende Wachstumsfaktoren; natürlich abgeleitete oder gentechnologisch hergestellte Proteine, Polysaccharide, Glycoproteine oder Lipoproteine.
Matrixformulierungen können formuliert werden durch Mischen von einem oder mehreren therapeutischen Agenzien mit dem Polymer. Das therapeutische Agens kann als eine Flüssigkeit, ein fein verteilter Feststoff oder in einer anderen geeigneten physikalischen Form vorhanden sein. Typischerweise, aber optional, wird die Matrix einen oder mehrere Zusätze, wie beispielsweise Verdünnungsmittel, Träger, Bindemittel, Stabilisatoren oder dergleichen umfassen.
Die Menge an therapeutischem Mittel wird von dem speziellen zu verwendenden Wirkstoff und dem zu behandelnden medizinischen Zustand abhängen. Typischerweise beträgt die Menge an Wirkstoff etwa 0,001% bis etwa 70%, typischererweise etwa 0,001% bis etwa 50 %, am typischsten etwa 0,001% bis etwa 20% des Gewichtes der Matrix. Die Menge und Art des in die Wirkstoffabgabematrix eingebauten Polymers wird mit dem erwünschten Freisetzungsprofil und der Menge des verwendeten Wirkstoffes variieren.
Nach Kontakt mit Körperflüssigkeiten erfährt das Polymer einen graduellen Abbau (hauptsächlich durch Hydrolyse) mit einhergehender Freisetzung des dispergierten Wirkstoffes für eine anhaltende oder verlängerte Zeitspanne. Dies kann zu einer verlängerten Abgabe (sagen wir über 1 bis 5.000 Stunden, bevorzugterweise 2 bis 800 Stunden) von wirksamen Mengen (sagen wir 0,0001 mg/kg/Stunde bis 10 mg/kg/Stunde) des Wirkstoffes führen. Die Dosierungsform kann verabreicht werden, wie es in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Lebewesens, der Schwere der Erkrankung, der Einschätzung des verschreibenden Arztes und dergleichen erforderlich ist.
Nach diesem oder ähnlichen Verfahren werden die Fachleute auf dem Gebiet in der Lage sein, eine Vielzahl von Formulierungen herzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Nietenerfindung könnte ein biokompatibler Farbstoff während des Verarbeitens zu dem Polymer umfassend die Vorrichtung hinzugegeben werden, um sie im Operationsfeld sichtbarer zu machen. Alternativ könnten die Niete und der Stift farbcodiert sein, um eine visuelle Rückkopplung bereitzustellen, um den Chirurgen darüber in Kenntnis zu setzen, dass der Stift in die Niete eingeführt worden ist. Die Kombination aus Niete und Stift kann auch taktile und/oder Audiorückkopplung einbauen, um den Chirurgen darüber in Kenntnis zu setzen, dass die Vorrichtung eingeführt worden ist.
Zusätzlich können strahlenundurchlässige Marker zu der Niete oder dem Stift hinzugegeben werden, um eine Bildgebung des Nieten- und Stift-Befestigers nach der Implantation zu erlauben.
Die folgenden nicht beschränkenden Beispiele stellen die Prinzipien und die Durchführung dieser Erfindung dar. Viele zusätzliche Ausführungsformen im Umfang und Geiste der Erfindung werden für die Fachleute auf dem Gebiet offenkundig sein.
Beispiele
Die Beispiele umfassen ein Befestigungssystem, das aus einem absorbierbaren Polymer oder Polymermischungen hergestellt ist und aus einem Körper mit flexiblen Schenkeln und einem Stift besteht, der in den Körper eingeführt wird, um die Schenkel zu expandieren.
In dem Syntheseverfahren werden die aliphatischen Polyester mit hohem Molekulargewicht der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren hergestellt bestehend aus dem Umsetzen von Lactonmonomeren vermittels einer Ringöffnungspolymerisation bei Temperaturen von 100°C bis 230° C für 2 bis 24 Stunden unter einer inerten Stickstoffatmosphäre, bis das erwünschte Molekulargewicht und die erwünschte Viskosität erreicht werden.
Die Polymermischungen der vorliegenden Erfindung werden hergestellt, indem die synthetisierten aliphatischen Homo- und Co-Polyester in ein herkömmliches Mischgefäß gegeben werden. Die Homopolymere und Copolymere werden bei einer Temperatur von 100° C bis 230°C für 5 bis 90 Minuten gemischt, bis eine gleichmäßig dispergierte Polymermischung erhalten ist.
In den folgenden Beispielen wurden die Mischungen, Polymere und Monomere hinsichtlich chemischer Zusammensetzung und Reinheit (NMR, FT-IR), Thermoanalyse (DSC), Schmelzrheologie (Schmelzstabilität und Viskosität), Molekulargewicht (logarithmische Viskositätszahl) und mechanische Grundeigenschaften (Spannung/Verformung) charakterisiert.
Die logarithmische Viskositäten (I. V., dl/g) der Mischungen und Polymere wurden unter Verwendung eines Cannon-Ubbelhode-Verdünnungsviskosimeter mit einer 50er Bohrung, das in ein mit einem Thermostat gesteuertes Wasserbad bei 25°C eingetaucht war, unter Verwendung von Chloroform oder HFIP als das Lösungsmittel bei einer Konzentration von 0,1 g/dl gemessen.
Mehrere Beispiele werden in den folgenden wenigen Seiten beschrieben werden. Teile und Prozentsätze, wo verwendet, sind Teile und Prozentsätze angegeben als Gewicht oder Mole.
BEISPIEL 1
Synthese eines 85:15 (Mol/Mol) Poly(Lactid-co-Glycolid)-Copolymers.
Das unten beschriebene und in diesem Beispiel verwendete Verfahren ist ähnlich denjenigen, die in den US-Patenten 4,643,191, 4,653,497, 5,007,923, 5,047,048 beschrieben sind, die hierin unter Bezugnahme aufgenommen sind, und ist den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt.
Zu einem flammengetrockneten 500 ml Rundbodenkolben mit einem Hals und einem mechanischen Kopfführer und Stickstoffeinlass wurden 268 Gramm (1,86 Mol) L(–)Lactid, 38,4 Gramm (0,330 Mol) Glycolid, 0,53 Gramm (7 × 10^–3 Mol) Glycolsäureinitiator und 131 Mikroliter einer 0,33 M Lösung aus Zinn(II)-Oktoatkatalysator hinzugegeben.
Die Anordnung wird dann in ein Hochtemperaturölbad bei 185°C gegeben. Die gerührten Monomere beginnen schnell zu schmelzen. Eine eine niedrige Viskosität aufweisende Schmelze erhöht schnell ihre Viskosität. Das mechanische Rühren der hochviskosen Schmelze wird für eine Gesamtreaktionszeit von 4 Stunden fortgesetzt.
Das 85:15 (mol/mol) Poly(Lactid-co-Glycolid)-Copolymer wird aus dem Bad entfernt, auf Raumtemperatur unter einem Stickstoffstrom abgekühlt, isoliert und gemahlen. Das Polymer wird dann unter Vakuum bei 110°C für 24 Stunden getrocknet, um nicht reagiertes Monomer zu entfernen. Die logarithmische Viskositätszahl unter Verwendung von HFIP als Lösungsmittels beträgt 1,90 dl/g.
BEISPIEL 2
Spritzgießen einer Niete und eines Stifts aus einem 85:15 Poly(Lactid-co-Glycolid)-Copolymer.
1,5 kg des wie in Beispiel 1 hergestellten Copolymers werden zu einem Stickstoff-gespülten Bunker eines 28 Tonnen Engel-Spritzgusswerkes, das mit einer Trommel mit einem Durchmesser von 18 mm ausgerüstet ist, hinzugegeben, um eine Niete oder einen Stift wie in 1 gezeigt auszubilden. Drei Heizzonen mit 200, 190 und 185°C werden verwendet, um das Polymer zu schmelzen, wenn es in die Trommel eintritt. Eine Düsentemperatur von 185°C mit einem Injektionsdruck von 700 psi und einer Geschwindigkeit von 2 Zoll/s wird verwendet, um das geschmolzene Material die Trommel hinunterzuführen. Eine jede Injektion wird ein einzelnes Stück in einer einzelnen Kavitätenform produzieren. Eine Temperatur von 45°C wird in der Form verwendet, um den Umfang der Spannung in dem Teil zu optimieren. Unter Verwendung dieses Verfahrens werden zwei Teile pro Minute hergestellt.
BEISPIEL 3
Schrittweises Verfahren für die Befestigerverwendung in einem Tiermodell oder für die Anwendung beim Menschen.
Unter Bezugnahme auf 6 werden, nachdem der Chirurg ein Loch 61 in die Knochenstelle, wo eine Platte 60 oder eine andere Vorrichtung befestigt werden muss, die Niete 4 und der Stift 5 in den Aufnehmer 68 des Applikators 62 geladen. Die Niete 4 wird dann in das Plattenloch 64 eingeführt und der Stift 5 in die Niete 4 durch Anwenden einer nach unten gerichteten Kraft auf den Stempel 66 des Applikators 62 getrieben. Die Größe des Loches, das der Chirurg bohrt, sollte auf der Grundlage der Art des Knochens und des Querschnittsdurchmessers der Niete (mit dem Stift vor Ort) modifiziert sein. Das Loch, das in den Knochen gebohrt werden wird, wird notwendigerweise kleiner sein als der Durchmesser der Niete mit dem eingeführten Stift. Für einen Knochen jedoch, der weich ist (im Wesentlichen spongiöser Knochen), kann der Lochdurchmesser noch kleiner sein, um den Reibungseingriff des Nieten- und Stift-Befestigers in den weicheren Knochen zu erhöhen. Für Knochen, der härter ist (im Wesentlichen Cortexknochen), sollte der Lochdurchmesser näher am Durchmesser der Niete sein (mit dem eingeführten Stift), um die Anwendung des Nieten- und Stift-Befestigers zu erleichtern.

Claims

Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) umfassend: (a) eine biokompatible Niete (3) mit einem Kopf (4) mit einem proximalen und einem distalen Ende (8) und einer Zentralachse, wobei der Kopf (4) einen inneren Durchgang (14) aufweist, der sich von dem proximalen zu dem distalen Ende (8) des Kopfes (4) erstreckt und der im Wesentlichen parallel zur Zentralachse des Kopfes (4) ist, wobei das distale Ende (8) des Kopfes (4) mechanisch mit zwei oder mehr Schenkeln (12) verbunden ist, die sich im Allgemeinen distal von dem Kopf (4) erstrecken und eine innere Oberfläche aufweisen, die der Zentralachse gegenüberliegt, und (b) einen biokompatiblen Stift (5), der angepasst ist, um in den inneren Durchgang (14) der Niete (3) eingeführt zu werden und der, während er von dem proximalen zu dem distalen Ende (8) des Kopfes (4) der Niete (3) vorgeschoben wird, die innere Oberfläche der Schenkel (12) kontaktieren wird, um Kraft auf die Schenkel (12) in einer Richtung senkrecht zu der Zentralachse auszuüben; dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (5) weniger nachgiebig ist als die Schenkel (12) der Niete (3) und der Stift (5) einen Querschnitt aufweist, der konstruiert ist, um radial kompressibel zu sein, wenn er in die Niete vorgeschoben wird.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der biokompatible Befestiger (2) aus biokompatiblen aliphatischen Polyestern hergestellt ist.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der aliphatische Polyester aus einem Monomer ausgebildet ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Milchsäure, Lactid (einschließlich L-, D-, meso- und D,L-Mischungen), Glycolsäure, Glycolid, ε-Caprolacton, p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on), Trimethylencarbonat, 1,3-Dioxan-2-on, p-Dioxanon, delta-Valerolacton, beta-Butyrolacton, epsilon-Decalacton, 2,5-Diketomorpholin, Pivalolacton, alpha,alpha-Diethylpropiolacton, Ethylencarbonat, Ethylenoxalat, 3-Methyl-1,4-dioxan-2,5-dion, 3,3-Diethyl-1,4-dioxan-2,5-dion, gamma-Butyrolacton, 1,4-Dioxepan-2-on, 1,5-Dioxepan-2-on, 6,6-Dimethyl-dioxepan-2-on, 6,8-Dioxabicycloctan-7-on und Kombinationen davon.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei die absorbierbare Polymermatrix einen aliphatischen Polyester umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die Polylactid, Polyglycolid, Poly-1,4-dioxan-2-on, Polytrimethylencarbonat und Poly(ε-caprolacton), Copolymere und Mischungen davon umfasst.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der Stift (5) zwei oder mehr Elemente (16) aufweist, die miteinander verbunden sind.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der Stift (5) eine Umfangsnut und die Niete (3) eine innere Umfangsrippe aufweist, die den Stift (5) mit der Niete (3) verbinden können und diesen darin verriegelt.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der Schenkel (12) der Niete (3) eine seitliche Oberfläche und eine oder mehrere Rippen darauf aufweist.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Niete (3) und der Stift (5) durch eine lösbare Verbindung miteinander verbunden sind.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei die Niete (3) und/oder der Stift (5) eine therapeutisch wirksame Menge eines therapeutischen Agens enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die Antiinfektiva, anti-inflammatorische Agenzien, Proteine, Polysaccharide, Analgetika, Hormone, knochenregenerierende Wachstumsfaktoren, Glycoproteine, Lipoproteine und Kombinationen davon umfasst.
Bioabsorbierbare biokompatible Niete (3)- und Stift (5)-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Niete (3) mit den Schenkeln (12) in im Wesentlichen der Position geformt ist, in der sich die Schenkel (12) mit dem Stift (5) vor Ort befänden.