!HU00000846T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 008 46 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 06 780262 (22) A bejelentés napja: 06. 08. 01. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 060780262 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 19242 A2 07. 02. 08. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 19242 B1 10. 04. 28. (1) Int. Cl.: A61L 27/12 (06.01) A61F 2/28 (06.01) A61L 27/42 (06.01) A61L 27/46 (06.01) A61L 27/0 (06.01) A61L 27/2 (06.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 0708 PCT/IB 06/02623 () Elsõbbségi adatok: TO0049 0. 08. 03. IT (72) Feltalálók: AMBROSIO, Luigi, I-80044 Ottaviano (Napoli) (IT); SANGINARIO, Valeria, 80078 Pozzuoli Napoli (IT); GINEBRA, Maria Pau, 08022 Barcelona (ES); PLANELL, Josep Anton, 08021 Barcelona (ES) (73) Jogosult: CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE, 0018 Roma (IT) (74) Képviselõ: dr. Fehérvári Flóra, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Csonthelyettesítõként alkalmazható injektálható kompozit anyag HU 008 46 T2 A leírás terjedelme 6 oldal Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala nem vizsgálta.
1 HU 008 46 T2 2 10 2 3 40 4 0 60 A találmány csonthelyettesítõként alkalmazható injektálható kompozit anyagra vonatkozik. Közelebbrõl a találmány két fázisból, egy kerámiafázisból és egy hidrogél fluid fázisból álló injektálható kompozit anyagra vonatkozik. Az ortopédiai sebészetben a bioanyagok a csontvázrendszer számos betegségében alkalmazhatók, ahol szükség van a csontszövet helyettesítésére vagy kiegészítésére, a korral járó legközönségesebb betegségektõl, mint a csontritkulás, a csontartrózis, az artritisz, a legsúlyosabbakig, mint a szarkómák és a csontciszták. A csonthelyettesítõk elõállításához nagyon fontos megvizsgálni és analizálni a természetes szövetet. A természetes csont egy kompozit tulajdonságú kemény szövet, amely alapvetõen egy szerves mátrixból (kollagén rostok) és egy kerámiamerevítõbõl (apatitkristályok) áll, és bonyolult módon szervezõdött mechanikai tulajdonságaiban irányított anizotrópiát mutató nagyon speciális szerkezetet alkot. A csontszövet legfontosabb feladata a belsõ lágy szövetek számára támasztó- és védõszerkezetként szolgál, másrészt szerepet játszik olyan értékes elemek vérrel és egyéb környezõ folyadékokkal való cseréjében, mint a kalcium és a magnézium amelyek számára a csont képezi a testben az egyetlen tartalékot. Ezen kettõs szerep betöltése során a csontszövet folytonos kicserélõdésen és újjáalakuláson megy át. Ezeket a folyamatokat hormonális anyagok nagy és bonyolult készlete szabályozza, amelyek némelyikét maguk a csontsejtek termelik. A csont mechanikai tulajdonságait a rugalmassági modulusszal, a maximális nyomó- és szakítószilárdsággal jellemezzük. Általános szabályként ismert, hogy a csont nyomószilárdsága nagyobb, mint szakítószilárdsága, valamint hogy a kortikális csont mechanikai tulajdonságai felülmúlják a trabekuláris csontét. A szakirodalomban leírt rugalmassági modulusz értékek a trabekuláris csont esetében 0 MPa és 2 GPa tartományban, a kortikális csont esetében 10 GPa és 22 GPa tartományban változnak. A nyomószilárdságértékek trabekuláris csont esetében 1 MPa és 0 MPa közöttiek, míg a kortikális csont esetében 100 MPa és 2 MPa közöttiek. Ezek az értékek a csonthelyettesítõk mechanikai tulajdonságaira nézve referenciaértékekként szolgálnak. A funkcionális kompatibilitás biztosítása céljából, ami alapvetõ ezek teljes beépüléséhez, a csonthelyettesítõknek valójában olyan mechanikai tulajdonságokat kell mutatniuk, amelyek a lehetõ leghasonlóbbak a természetes csontéhoz. Csonthelyettesítõ alkalmazására a csontszövet törése után lehet szükség olyan esetekben, ahol a normális helyreállítási és újranövekedési folyamatok nem mennek végbe fiziológiás idõtartam alatt vagy egyáltalán nem mennek végbe, vagy egy tumoros csomó vagy csont ciszta eltávolítására irányuló sebészeti beavatkozás után, amely esetben a sebészeti beavatkozáskor kialakult üreget be kell tölteni. A csontszövetnek tehát klinikailag elfogadható idõtartam alatt mechanikai stabilitást kell biztosítania, továbbá csonttal kompatibilis tulajdonságokat kell mutatnia, ami elõsegíti az új szövet lerakódását. A csonthelyettesítõ alapvetõ tulajdonságainak egyike, hogy meghatározatlan idõtartamig képes a természetes szövettel érintkezésben maradni anélkül, hogy sebészetileg el kellene távolítani. Ezen túlmenõen az artroszkópiás technika egyre szélesebbkörû alkalmazása következtében megnõtt az érdeklõdés a csontüregekbe kényelmesen beoltható injektálható anyagok iránt, amelyek optimális kitöltést tesznek lehetõvé anélkül, hogy elõre ismernünk kellene az üreg alakját és méretét, sõt egyes esetekben elkerülhetõ a sebészeti beavatkozás. Jelenleg az ortopédiai sebészetben legelterjedtebben használt injektálható anyag az a polimetilmetakrilát (PMMA), amely azonban alkalmazásakor érezhetõen hõt fejleszt, aminek következtében a vele érintkezésbe kerülõ szövetek elhalnak. A foszfor- és kalciumalapú kerámiaanyagok vagy cementek (CPC) érzékelhetõ jelentõségre tettek szert a kemény ásványianyag-tartalmú szövetekkel kapcsolatos alkalmazásoknál. Ezek az anyagok valójában nem toxikusak és nem immunogének, mivel alapvetõen kalcium- és foszforionokból állnak, amelyek a csontszövet kerámiafázisának természetes alkotórészei. A foszfor- és kalciumalapú cementek (CPC) leghasznosabb tulajdonságainak egyike a fluid állapot, amelyet akkor vesznek fel, amikor elõállításkor vizes folyadékfázissal keverik ezeket össze. Ezen cementek további hasznos tulajdonsága, hogy az elõállításukhoz használt víz jelenlétében képesek megszilárdulni. A CPC¹k közül a trikalcium-foszfát (TCP) képes közvetlenül hozzákötõdni a csontszövethez, és ezáltal nagyon erõs határfelületi kötést képez az anyag és a szövet között. A trikalcium-foszfát, akárcsak az összes kalciumfoszfát-alapú csontcement (CPBC), természeténél fogva porózus anyag, de rideg anyagra jellemzõ mechanikai tulajdonságokat mutat, amelyek nagyon eltérnek a természetes csontszövet tulajdonságaitól. Ezen túlmenõen, ahogy ez gyakran tapasztalható a szakirodalomban, a TCP elõállításával kapott pasztánál biológiai folyadékokkal történõ érintkezéskor fennáll a szétesés kockázata, ha túl korán alkalmazzák, míg ha túl késõn alkalmazzák, akkor megszilárdul és eléggé kezelhetetlenné válik. Végül, amikor a pasztát egy fecskendõn átpréselik, gyakran megtörténik, hogy a két fázis szétválik és ennek következtében a folyadékfázis nagy része távozik, míg a szilárd anyag a fecskendõben bennragad. A WO 02/070029 számú nemzetközi közzétételi iratban olyan megmunkálható keveréket ismertettek, amely csonthelyettesítõként alkalmazható, ez porózus P¹TCP¹t és egy szokásos emulgeálószer, szuszpendálószer, sûrítõanyag, gélesítõszer, kötõanyag, diszintegráns vagy stabilizálószer közül kiválasztott kötõanyagot tartalmaz. A kötõanyagok közül külön megemlítik a nátrium-alginátot, a hialuronsavat, a cellulózt és a cellulózszármazékokat, a kollagént, peptideket, az állati nyálkát, a kondroidin-szulfátot és hasonlókat. 2
1 HU 008 46 T2 2 10 2 3 40 4 0 60 A szakirodalomban olyan injektálható kompozit anyagot ismertettek, amely 93 tömeg% H Chem -nek nevezett cement foszfátport és 7 tömeg% poli(vinil-alkohol)¹t (PVA) tartalmaz, ahol a H Chem cement 98 tömeg% ¹trikalcium-foszfátot ( -TCP) és 2 tömeg% hidroxiapatitot (HA) tartalmaz [Key Engineering Materials, 24 26, 48 488 (04) Characterization of an injectable hydrogel composite for orthopedic Applications BioMedical Materials and Engineering Proceedings of the 2nd International Conference on New Biomedical Materials ( 8 April 03), Cardiff, Nagy- Britannia]. A hidrogélek önmagukban ismert anyagok, amelyek különös jelentõségre tettek szert az utolsó évtizedben az orvosi és tudományos kutatás területén, különösen a biológiai-orvosi alkalmazások területén. Hálózatuk szerkezete tipikus, azaz kémiailag vagy fizikailag térhálósított polimerlánc szerkezettel rendelkeznek, ami alkalmassá teszi ezeket jelentõs mennyiségû folyadék, víz vagy biológiai folyadék kioldódás nélküli megkötésére és visszatartására. Közelebbrõl ezek érzékelhetõ víztartalma azt eredményezi, hogy biológiai folyadékkal való érintkezéskor a kialakuló hatásterületi feszültség nagyon alacsony. Ez egy fontos tulajdonság, amely a hidrogélek áteresztõképességével együtt, ami ezeket a biológiai szövetekhez különösen hasonlatossá teszi összehasonlítva olyan kis molekulákkal, mint a metabolitok vagy a tápanyagok. Kedvezõtlen módon azonban mechanikai tulajdonságaik gyengék, ami nagymértékben csökkenti ezek mesterséges implantátum anyagokként való alkalmazhatóságát. Jelen feltalálók arra a felismerésre jutottak, hogy poli(vinil-alkohol) hidrogél és trikalcium-foszfát (TCP) kerámiafázis kombinációjával lehetõvé válik olyan kompozit anyag elõállítása, amely a természetes csontéhoz meglepõ módon hasonló optimális mechanikai tulajdonságokat mutat. A kapott kompozit anyagot ezen túlmenõen javított injektálhatóság jellemzi összehasonlítva az önmagában alkalmazott TCP-vel. Jelen feltalálók azt is felismerték, hogy a két fázis koncentrációjának változtatásával a kapott kompozit anyag mechanikai tulajdonságai és injektálhatósága az adott eset specifikus követelményeinek megfelelõen módosítható. A jelen találmány tehát csonthelyettesítõként különösen jól alkalmazható injektálható kompozit anyagra vonatkozik, amely egy trikalcium-foszfát kerámiafázisból és egy poli(vinil-alkohol) hidrogél fluid fázisból áll. A találmány szerinti kompozit anyag mechanikai tulajdonságai nagyon hasonlóak a természetes szövetéhez. Ezen túlmenõen javított injektálhatóság jellemzi, következésképp könnyebben alkalmazható, mint a hagyományos trikalcium-foszfát-alapú cementek. A találmány szerinti injektálható kompozit anyagot az alábbiak szerint állítjuk elõ. Vizes poli(vinil-alkohol)¹t (PVA) oldatot állítunk elõ elõre meghatározott koncentrációban, elõnyösen 2 tömeg%, elõnyösebben 10 tömeg% koncentrációban. Ezután a vizes PVA-oldatot trikalcium-foszfát-porral, elõnyösen ¹trikalcium-foszfát-porral keverjük össze, így csontüregekbe injektálható pasztaszerû anyagot kapunk, amely mind az anyagban jelen lévõ víz, mind a környezetében jelen lévõ víz hatására megszilárdul. A találmány szerinti injektálható kompozit anyagban a poli(vinil-alkohol) és a polimer/trikalcium-foszfát tömegaránya 3/97 /80 (tömegarány) tartományban van. Mechanikai tulajdonságok Vizes oldatokat állítottunk elõ különbözõ PVA-koncentrációkban (10 tömeg%, 17 tömeg%, tömeg%) a találmány szerinti kompozit anyag mechanikai és injektálhatósági tulajdonságainak vizsgálata céljából. Ezeket az oldatokat úgy állítottuk elõ, hogy a polimer port 100 C hõmérsékleten percig kevertük vízzel. Szobahõmérsékletre hûtöttük, majd a polimer oldatokat összekevertük ¹TCP-porral, így három különbözõ ¹TCP/PVA tömegarányú készítményt kaptunk (93/7, 88/12, 86/14 tömegarány). A mechanikai tulajdonságok vizsgálatához az így elõállított pasztaszerû kompozit anyagot megfelelõ geometriájú teflonkorongokba injektáltuk és 4 napra 37 C¹os vizes NaH 2 PO 4 -oldatba (2,%) merítettük a megszilárdulás elõsegítésére. Az 1. táblázatban bemutatott préselési vizsgálati eredmények (ASTM D69) azt mutatják, hogy a kompozit anyag ( -TCP/PVA) mechanikai viselkedése módosítható a polimer és a szervetlen fázis különbözõ tömeg% arányokban történõ alkalmazásával. Közelebbrõl ezen kompozitok specifikus összetételei olyan mechanikai tulajdonságokat mutatnak, amelyek jobbak az önmagában alkalmazott kalcium-foszfáténál. Valójában legfeljebb 7 tömeg% polimer fázis alkalmazása esetén a kapott kompozit (93/7) maximális nyomószilárdsága az önmagában alkalmazott ¹TCP esetében mért max. 21±3 MPa értékrõl 2± MPa értékre emelkedett. Hasonló módon az E rugalmassági modulus 0,8 GPa értékrõl 1,2 GPa értékre emelkedett. Az max. maximális deformáció, azaz a maximális nyomószilárdságnál meghatározott deformáció értékében szintén enyhe emelkedést találtunk (0,02±0,01 mm/mm önmagában alkalmazott ¹TCP¹re, 0,03±0,01 mm/mm a találmány szerinti kompozitra), míg az u deformációs határ, azaz az anyag szakadási pontjánál feljegyzett deformáció érzékelhetõen nõtt az önmagában alkalmazott ¹TCP¹re vonatkozó 0,06±0,01 mm/mm értékrõl a találmány szerinti kompozitra vonatkozó 0,09±0,01 mm/mm értékig. Gyakorlati szempontból ezek az eredmények azt mutatják, hogy a kompozit anyag szakadás elõtti deformálhatósága nagyobb a cementtel összehasonlítva. Ez szívósságban is kifejezhetõ, amely a mechanikai görbe által bezárt területként számítható ki, ennek értéke háromszoros a kompozit esetében (2,1 MPa) összehasonlítva az önmagában alkalmazott ¹TCP-vel (0,7 MPa). Az 1. táblázatból az is világosan kitûnik, hogy 7 tömeg% fölötti kompozit anyagok nyomószilárdsága és rugalmassági modulusa alacsonyabb az önmagában alkalmazott kiindulási cementénél ( -TCP) vagy azzal 3
1 HU 008 46 T2 2 azonos. A max. érték valójában 17±1 MPa¹ra csökken az ¹TCP/PVA 88/12 kompozit esetében, sõt 14±3 MPa¹ra az ¹TCP/PVA 86/14 kompozit esetében, míg a rugalmassági modulusz értékek majdnem változatlanok maradnak. Azonban az max. maximális deformáció 0,04±0,01 mm/mm értékre nõ 88/12 kompozit esetében és 0,0±0,01 mm/mm¹re 86/14 kompozit esetében. Ami az u deformációs határt illeti, a 88/12 megfelelõ értéke 0,08±0,01 mm/mm, ami kissé eltér a 93/7 kompozittól, míg a 86/14 kompozit értéke érzékelhetõen nõ 0,11±0,01 mm/mm értékre. Közelebbrõl a két deformációérték növekedésének következtében a mért keménységi értékek mind a 88/12 kompozit (T=1,1 MPa), mind a 86/14 kompozit (T=1,0 MPa) esetében nagyobbak, mint az önmagában alkalmazott cement esetében ( -TCP). A mechanikai vizsgálatokból kapott és a természetes csontszövettel kapcsolatban korábban mért értékek összehasonlításából az következik, hogy a találmány szerinti injektálható csonthelyettesítõ mechanikai tulajdonságai a trabekuáris csontszövet tartományában vannak. Injektálhatóság A találmány szerinti kompozit anyag alkalmazhatósági tartományának meghatározása és a kalcium-foszfát-alapú hagyományos cementekkel való összehasonlítása céljából megvizsgáltuk a kísérleti injektálhatósági paramétert, ezt az anyag azon tömeg% koncentrációjával határozzuk meg, amelynél az anyag a fecskendõbõl kipréselhetõ. Az injektálhatóságot a következõ összefüggéssel határozhatjuk meg: 10 2 3 40 We %I Wi Az injektálhatóság meghatározásához ismert mennyiségû anyaggal (W i ) megtöltött fecskendõket használtunk, és ezeket nyomóerõnek vetettük alá egy rugós erõmérõ berendezéssel, amelyben a keresztkötés süllyedési aránya mm/perc volt, és az alkalmazott teher körülbelül 100 N volt. A komponensek lemérése után ezeket addig kevertük, amíg a kompozit paszta állagúvá vált, ezt ezután betöltöttük a fecskendõbe, amelyet egy megfelelõ tartóra helyeztünk. Ezeket a mûveleteket 60 90 másodperc alatt kellett kivitelezni. A fecskendõ megtöltése után kezdtük meg a vizsgálathoz az idõ mérését. Amikor a vizsgálatot befejeztük, a kipréselt anyagot lemértük (W e ) és kiszámítottuk a kívánt paramétert. A 2. táblázatban látható, hogy a PVA hidrogél hozzáadása különbözõ elõnyökkel jár az anyag gyakorlati alkalmazására nézve. Az elsõ lényeges pozitív hatás, hogy a kapott paszta a fecskendõbõl való kipréselés szempontjából optimális állagú, és a két fázis között a szétválás nem jelentkezik úgy, ahogy ez néha az önmagában alkalmazott ¹TCP-nél bekövetkezett. A másik fontos pozitív hatás, hogy a gyakorló orvos számára érzékelhetõen hosszú idõ (1 óra) áll rendelkezésre a kompozit anyag alkalmazásakor, mielõtt az megszilárdulna. Ez a növekedés jelentõs (lásd a 2. táblázatot) összehasonlítva az önmagában alkalmazott ¹TCPvel, amelynél a bevitt mennyiség 91%¹a bennmarad és már 6 perc után nem injektálható. Általánosabb szemszögbõl nézve a trikalcium-foszfáttal kombináltan alkalmazott PVA hidrogél elõnye abban áll, hogy a hidrogélben maradó víz a kerámiafázishoz lassan és teljesen felszabadul, ami egyenletes kristálykicsapódást, következésképp a kompozit végsõ megszilárdulását biztosítja még külsõ vizes oldat távollétében is. Azt is megfigyeltük, hogy a hõmérséklet nem emelkedik érzékelhetõen az injektálható kompozit anyag megszilárdulása közben. A találmány szerinti injektálható kompozit anyag egy bioaktív anyagot (azaz biológiai aktivitást mutató anyagot) is tartalmazhat például hatóanyagok, sejtek, növekedési faktorok és hasonlók közül kiválasztva, amely lehetõleg az alkalmazás folyamán szabályozott kinetikával történõ felszabaduláshoz megfelelõ formában van. 1. táblázat Préseléskor mutatott mechanikai tulajdonságok Anyag E (GPa) max (Mpa) max (mm/mm) u (mm/mm) T (MPa) 100% ¹TCP 0,8±0,2 21±3 0,02±0,01 0,06±0,01 0,7 PVA+93% ¹TCP 1,2±0,1 2± 0,03±0,01 0,09±0,01 2,1 PVA+88% ¹TCP 0,7±0,3 17±1 0,04±0,01 0,08±0,02 1,1 PVA+86% ¹TCP 0,9±0,1 14±3 0,0±0,01 0,11±0,02 1,0 2. táblázat Injektálhatósági tulajdonságok Szilárd fázis Folyadékfázis Várakozási idõ (perc) %I -TCP Víz+2,% tömeg% NaH 2 PO 4 2 44,2% -TCP Víz+2,% tömeg% NaH 2 PO 4 3,9% -TCP Víz+2,% tömeg% NaH 2 PO 4 18,8% 4
1 HU 008 46 T2 2 2. táblázat (folytatás) Szilárd fázis Folyadékfázis Várakozási idõ (perc) %I -TCP Víz+2,% tömeg% NaH 2 PO 4 6 9% -TCP 10 tömeg% PVA Sol-oldat 7 100% -TCP 10 tömeg% PVA Sol-oldat 1000 -TCP 10 tömeg% PVA Sol-oldat 40 100% -TCP 10 tömeg% PVA Sol-oldat 60 9,6% SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Injektálható kompozit anyag, amely egy trikalcium-foszfát kerámiafázisból és egy poli(vinil-alkohol) hidrogél fluid fázisból áll. 2. Az 1. igénypont szerinti injektálható kompozit anyag, ahol a poli(vinil-alkohol) hidrogél fluid fázis poli(vinil-alkohol) 2 tömeg%¹os vizes oldata. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerint injektálható kompozit tömegarány 3/97 /80 (tömeg/tömeg) tartományban van. 4. A 3. igénypont szerinti injektálható kompozit tömegarány 7/93 (tömeg/tömeg).. A 3. igénypont szerinti injektálható kompozit tömegarány 12/88 (tömeg/tömeg). 2 6. A 3. igénypont szerinti injektálható kompozit tömegarány 14/86 (tömeg/tömeg). 7. Az 1 6. igénypontok bármelyike szerint injektálható kompozit anyag, amely tartalmaz továbbá egy bioaktív anyagot egy hatóanyag, egy sejttenyészet, egy növekedési faktor vagy ezek kombinációi közül kiválasztva. 8. Az 1 7. igénypontok bármelyike szerinti injektálható kompozit anyag mint csonthelyettesítõ. 9. Az 1 7. igénypontok bármelyike szerinti injektálható kompozit anyag alkalmazása csonthelyettesítõként alkalmazható gyógyszerkészítmény elõállítására. 10. Eljárás az 1 7. igénypontok bármelyike szerinti injektálható kompozit anyag elõállítására, amelynek során elõállítunk egy vizes poli(vinil-alkohol)-oldatot, majd a vizes poli(vinil-alkohol)-oldatot összekeverjük trikalcium-foszfát-porral.
Kiadja a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest