DE102014008476A1

DE102014008476A1 - Herstellung einer Komponente zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats, Züchtung und Implantation eines Gelenkflächenimplantats

Info

Publication number: DE102014008476A1
Application number: DE102014008476.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-17
Also published as: WO2015185219A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer individuell angepassten Komponente zur Verwendung in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektnahem Knochengewebe im Bereich einer defekten Gelenkfläche und Erstellung eines ersten, virtuellen und dreidimensionalen Modells des ersten Knochengewebes; (b) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektfernem Knochengewebe abseits der defekten Gelenkfläche und Erstellung eines zweiten, virtuellen und dreidimensionalen Modells; (c) virtuelle Definition eines zu ersetzenden Defektbereichs im defektnahen Knochengewebe anhand des ersten Modells; (d) gegebenenfalls, virtuelle Definition eines Zuchtbereichs im defektfernen Knochengewebe anhand des zweiten Modells, wobei die Form des Zuchtbereichs zumindest abschnittsweise der Form des Defektbereichs entspricht; (e) virtuelle Modellierung einer unter Vorlage des ersten und/oder zweiten Modells und/oder des Defektbereichs und/oder Zuchtbereichs individuell angepassten Komponente; und (f) reale Herstellung der implantierbaren Komponente unter Vorlage des aus Schritt (e) erhaltenen virtuellen Komponentenmodells. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats im eigenen Körper des Patienten. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Implantation eines Gelenkflächenimplantats.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für maßgefertigte Komponenten, die in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats Anwendung finden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren Züchtung eines Gelenkflächenimplantats sowie ein Verfahren zur Implantation eines Gelenkflächenimplantats.
Durch Unfälle, Tumoren, Infektionen oder das Einbringen von Implantaten und Prothesen können Defekte an Sehnen, Knochen und Gelenkflächen entstehen, deren Rekonstruktion unzureichend gelöst ist.
Als Ersatzmaterial steht körpereigenes Gewebe zur Verfügung, bei dessen Entnahme aber Defekte an der Entnahmestelle und zum Teil andersgeartete Gewebeeigenschaften (z. B. Sehne als Bandersatz) in Kauf genommen werden müssen. Insbesondere macht die Rekonstruktion von Geweben mit einem mehrschichtigen Aufbau (z. B. Knorpel-Knochen oder Sehne-Knochen) Schwierigkeiten, da die Nachbildung derartiger Gewebe mit den zur Verfügung stehenden Entnahmematerialien nur unzureichend gelingt.
Als Alternative steht eine körperfremde Transplantation (sog. Allograft) zur Verfügung. Diese Alternative hat die Nachteile einer stärkeren Abstoßungs- und Fremdkörperreaktion und der potentiellen Übertragung von Infektionserkrankungen.
Die meisten bisher bekannten Verfahren der Gewebezüchtung (sog. Tissue Engineering) haben den Nachteil, dass die Kultivierung von neuem Gewebe in technisch anspruchsvollen und kostenintensiven Laboren erfolgt, wodurch sich hohe Kosten bei unzureichend gesicherter Überlegenheit gegenüber weniger aufwendigen Therapieverfahren ergeben.
Künstliche, zellfreie Implantate werden beispielsweise in der US 2004/0127995 A1 oder der US 2004/0064194 A1 beschrieben. Derartige Implantate bilden körpereigenes Gewebe bisher unzureichend nach. Vor allem fehlt eine Besiedelung mit körpereigenen Zellen und es erfolgt der zum Teil erheblich verzögerte oder eingeschränkte Abbau nach Implantation.
Aus der US 6,228,117 B1 sind Bioreaktoren bekannt, die eine dem Organismus ähnliche Versorgung eines Gewebekonstrukts mit Nährstoffen, Sauerstoff und Elektrolyten gewährleisten sollen, um eine Zellvermehrung und Zelldifferenzierung zu unterstützen. Nachteile dieser Vorrichtungen umfassen die Notwendigkeiten, die Zellen aus dem Spender- bzw. Empfängerorganismus zu entnehmen und für diese Verfahren in aufwändiger und kostenintensiver Weise Reinraumlabors vorzuhalten.
Aus der US 6,348,069 B1 sind subcutane Implantate bekannt, die innerhalb des gleichen oder eines anderen Organismus kultiviert werden, um eine Zellbesiedelung zu erreichen und ein 3-dimensionales Gewebekonstrukt zu erzeugen. Bisher fehlen derartige Entwicklungen für den muskoloskeletalen Bereich, bei denen die Gewebekonstrukte anderen Bedürfnissen unterliegen.
In-vitro Studien haben gezeigt, dass die mechanische Stimulation sowohl für Sehnen-, als auch für Knochenzellen und insbesondere für Vorläuferzellen einen wichtigen Beitrag zur Differenzierung des Gewebes leistet. In diesem Zusammenhang sind die Studien Jagodzinski, M., Breitbart, A., et al. (2008) "Influence of perfusion and cyclic compression on proliferation and differentiation of bone marrow stromal cells in 3-dimensional culture" J Biomech 41(9): 1885–1891; Jagodzinski, M., Drescher, M., et al. (2004) "Effects of cyclic longitudinal mechanical strain and dexamethasone on osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells" Eur Cell Mater 7: 35–41, discussion 41; und Jagodzinski, M., Hankemeier, S., et al. (2005) "Influence of cyclic mechanical strain and heat of human tendon fibroblasts on HSP-72" Eur J Appl Physiol: 1–8 zu nennen.
Bisher ist keine Entwicklung bekannt, die diese Effekte direkt bei der Kultivierung von Gewebekonstrukten in vivo berücksichtigt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Züchtung von Gelenkflächenimplantaten in vivo bereitzustellen, das eine gezielte mechanische Stimulation der Implantate ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes Verfahren zur Implantation eines so gezüchteten Gelenkflächenimplantats bereitzustellen.
Letztlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, um Komponenten wie Knochenbearbeitungswerkzeuge, Scaffolds und Zuchtkammern für die Züchtung eines Gelenkflächenimplantats maßgeschneidert herstellen zu können.
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer individuell angepassten Komponente zur Verwendung in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektnahem Knochengewebe im Bereich einer defekten Gelenkfläche und Erstellung eines ersten, virtuellen und dreidimensionalen Modells des ersten Knochengewebes;
(b) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektfernem Knochengewebe abseits der defekten Gelenkfläche und Erstellung eines zweiten, virtuellen und dreidimensionalen Modells;
(c) virtuelle Definition eines zu ersetzenden Defektbereichs im defektnahen Knochengewebe anhand des ersten Modells;
(d) gegebenenfalls, virtuelle Definition eines Zuchtbereichs im defektfernen Knochengewebe anhand des zweiten Modells, wobei die Form des Zuchtbereichs zumindest abschnittsweise der Form des Defektbereichs entspricht;
(e) virtuelle Modellierung einer unter Vorlage des ersten und/oder zweiten Modells und/oder des Defektbereichs und/oder Zuchtbereichs individuell angepassten Komponente; und
(f) reale Herstellung der implantierbaren Komponente unter Vorlage des aus Schritt (e) erhaltenen virtuellen Komponentenmodells.

Das Verfahren kann zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats für den Menschen oder zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats für Tiere dienen. Entsprechend kann es sich bei dem defektnahen und bei dem defektfernen Knochengewebe um menschliches oder tierisches Gewebe handeln.
Im Rahmen des tomographischen Bildgebungsverfahrens am defektnahen Knochengewebe im Bereich einer defekten Gelenkfläche werden auch Defekte im ersten Knochengewebe unterhalb der defekten Gelenkfläche abgebildet, sodass ein Defektbereich so definiert werden kann, dass der Bereich der defekten Gelenkfläche sowie der Bereich etwaiger darunterliegender Knochenschäden vollständig erfasst werden kann, ohne einen zu großen Bereich auszuwählen und damit gesundes Gewebe zu opfern. Das abgebildete defektnahe Knochengewebe umfasst typischerweise involviertes und unbeteiligtes Knochengewebe. Unbeteiligtes Knochengewebe umfasst insbesondere auch Knochengewebe, das mit Blick auf die Defektstelle an der gegenüberliegenden Seite des Gelenks, d. h. am dem Defekt gegenüberliegenden Knochen liegt. Die Erfassung unbeteiligten Knochengewebes am gegenüberliegenden Knochen kann während der Modellierung dazu dienen, den Defektbereich so zu definieren, dass die Oberfläche des Scaffolds bzw. des zu züchtenden Implantats präzise modelliert wird.
Die reale Erzeugung der Komponente unter Vorlage des virtuellen Modells kann beispielsweise durch Fräsen oder Schneiden aus einem nicht individuell gefertigten Produkt erfolgen.
Generell kann die defekte Gelenkfläche an allen Gelenken mit hyalinem Knorpel oder Faserknorpel liegen. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt die defekte Gelenkfläche im Kniegelenk, Hüftgelenk oder Schultergelenk. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform liegt die defekte Gelenkfläche im Zwischenwirbelbereich bzw. an der Bandscheibe. An diesen Gelenken treten Defekte häufig auf und lassen sich mit einem geeigneten Gelenkflächenimplantat behandeln. In einem konkreten Beispiel liegen das involvierte Knochengewebe am Oberschenkelknochen und das unbeteiligte Knochengewebe an der Kniescheibe.
In einer Ausführungsform ist das defektferne Knochengewebe Teil eines Beckenknochens bzw. eines Knochens des Beckengürtels. Der Beckenkamm ist zur vorliegend angedachten Züchtung von Gelenkflächenimplantaten in vivo nebst mechanischer Stimulation besonders geeignet.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem tomographischen Bildgebungsverfahren um Computertomografie (CT) oder Magnetresonanztomografie (MRT) handelt. Auch eine Kombination beider Bilddatensätze kann Verwendung finden.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Komponente um einen Scaffold für das Gelenkflächenimplantat, ein Probeimplantat, eine Schablone, ein chirurgisches Werkzeug zur Knochenbearbeitung, oder um einen Bestandteil einer implantierbaren Zuchthaube. Im Rahmen des Verfahrens können mehrere oder alle der genannten Komponenten hergestellt werden, wobei Schritte (a) bis (d) lediglich einmal durchgeführt werden, und Schritte (e) und (f) für jede einzelne der hergestellten Komponenten gesondert. So reicht die Durchführung zweier bildgebender Verfahren (a) und (b) im Rahmen eines einzigen Termins sowie eine gebündelte Modellierungsoperation (c) und (d) aus, um eine Mehrzahl an maßgeschneiderten Komponenten modellieren zu können.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der bzw. einer maßgeschneiderten Komponente um einen dreidimensionalen Scaffold für das Gelenkflächenimplantat. Dieser soll formidentisch zum Defektbereich sein und wird daher und unter Vorlage des Defektbereichs modelliert. Es wird also ein mit Blick auf Form und Größe des Defektbereichs maßgefertigter Scaffold modelliert und real erzeugt.
Der Scaffold kann aus einem geformten Hydrogel oder einem proteinbasierten Gerüst bestehen. Dabei ist denkbar, dass der Scaffold in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt ist, die sich hinsichtlich des Aufbaus des Scaffolds, beispielsweise der Art des Hydrogels unterscheiden. Geeignete Materialien umfassen Kollagen, Fibrin, Polyzucker wie z. B. Chitosan oder Glycosaminoglykane (GAGs) wie z. B. Hyaluronsäure-basierte Materialien, Polyester, Polymilchsäure (PLA), Polyglycolsäure (PGA) und Polycaprolacton (PCL). Geeignete Verfahren zur realen Herstellung des Scaffolds umfassen Nanofaser-Selbstorganisation, textile Methoden, SCPL (Solvent Casting & Particulate Leaching), Schäumen, Emulgieren bzw. Gefriertrocknen, TIPS (Thermally Induced Phase Separation), Elektrospinning. Insbesondere 3D-Drucken von Polymerpartikeln, FDM (Fused Deposition Modelling) oder LaBP (Laser-assisted BioPrinting) können im Rahmen des vorliegenden Verfahrens geeignet sein.
Gegebenenfalls werden Gewebezellen wie beispielsweise autogene Knochenzellen oder Vorläuferzellen in den Scaffold eingetragen, die später die Gewebebildung am Scaffold begünstigen.
Gegebenenfalls werden Wachstumsfaktoren am Scaffold immobilisiert, die ebenfalls später die Gewebebildung am Scaffold begünstigen. Beispiele für geeignete Wachstumsfaktoren umfassen: Fibroblast Growth Factors (FGF), Transforming Growth Factors (TGF), Platelet Derived Growth Factors (PDGF), Epidermal Growth Factors (EGF) oder Insuline Like Growth Factors (IGF). Letztere IGF können insbesondere bei der Entstehung von Knorpelgeweben eine zentrale Rolle spielen.
Ferner kann in den Scaffold wenigstens ein Faden eingearbeitet werden, der anschließend das vernähen am Zuchtort oder finalen Implantationsort oder eine Entnehme vom Zuchtort, oder eine generelle Handhabung erleichtern kann. Faden ist vorliegend nicht streng im Sinne eines geflochtenen Faserstranges zu verstehen, sondern umfasst faden- bzw. drahtförmige Gebilde im Allgemeinen. Geeignete Fäden können beispielsweise aus resorbierbarem oder auch aus nicht resorbierbarem Kunststoff bestehen.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der maßgeschneiderten Komponente um ein Probeimplantat. Das Probeimplantat weist einen zum Defektbereich zumindest abschnittsweise formidentischen Kopfabschnitt auf. Zumindest abschnittsweise bedeutet, dass zumindest ein wesentlicher Teil der Mantelfläche formidentisch sein sollen, während beispielsweise der Abschnitt des Defektbereichs, welcher die Gelenkfläche abbildet, nicht am Probeimplantat abgebildet sein muss. Der Kopfabschnitt dient in der Anwendung zum Fitten des Zuchtortes oder Zielortes, bevor der Scaffold bzw. das Implantat eingesetzt werden. Neben dem Kopfabschnitt kann das Probeimplantat einen Griffabschnitt aufweisen, der zur einfacheren Handhabung dient. Der Kopfabschnitt wird vor der realen Herstellung des Probeimplantats im Rahmen des Verfahrens unter Vorlage des Defektbereichs oder Zuchtbereichs modelliert. In einer Ausführungsform wird das Probeimplantat aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid gefertigt. Die Fertigung kann beispielsweise durch Fräsen oder durch Sintern erfolgen. Eine mögliche Herstellungsvariante umfasst Lasersintern, insbesondere im Rahmen eines Rapid-Prototyping-Verfahrens. Auch der Einsatz eines 3D-Druckers ist denkbar.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der maßgeschneiderten Komponente um eine Schablone. Diese Schablone kann eine zielgerichtete Abtragung von Knochenmaterial am Zuchtort oder Zielort begünstigen. Die Schablone wird vor deren realer Herstellung unter Vorlage eines virtuellen Modells modelliert. Je nach dem, ob die Schablone am Zuchtort oder am Zielort zur Anwendung kommen soll, erfolgt die Modellierung anhand des ersten Modells und des Defektbereichs, oder anhand des zweiten Modells und des Zuchtbereichs. Die Schablone weist vorzugsweise einen Auflagebereich auf, der eine Negativform zur Oberfläche des Knochengewebes im an den Zuchtort oder Zielort angrenzenden Bereich des dort jeweils vorhandenen Knochengewebes darstellt. Die Schablone ist so gefertigt, dass der Arzt sich bei der Einsetzung an markanten knöchernen Referenzpunkten orientieren kann, die bei einer Operation leicht erkennbar sind und eine zuverlässige Platzierung der Schablone ermöglichen. Entsprechend kann die virtuelle Definition des Zuchtortes und Zielortes gewählt werden. Sie weist Mittel zur Führung eines oder mehrerer Werkzeuge zur Knochenbearbeitung auf, beispielsweise Löcher für einen Bohrer oder Schlitze für Schneidewerkzeug.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der maßgeschneiderten Komponente um ein chirurgisches Werkzeug zur Knochenbearbeitung, beispielsweise um ein Schneidwerkzeug. Auch das maßgeschneiderte Werkzeug dient einer zielgerichteten Abtragung von Knochenmaterial am Zucht- oder Zielort. Es wird vor dessen realer Herstellung unter Vorlage des entsprechenden virtuellen Modells modelliert.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der maßgeschneiderten Komponente um einen Bestandteil einer implantierbaren Zuchthaube. Der Bestandteil wird unter Vorlage des zweiten Modells und/oder des Zuchtbereichs modelliert. Die implantierbare Zuchthaube weist ein Gerüst auf, an dem ein Schirm gehalten ist. Bei der maßgefertigten Komponente kann es sich insbesondere um das Gerüst handeln. Die Begriffe Gerüst und Schirm sind nicht notwendigerweise im Sinne eines einzigen Bauteils zu verstehen. Das Gerüst kann sich aus mehreren diskreten Teilen zusammensetzen. Ebenso kann der Schirm sich aus mehreren diskreten Teilen zusammensetzen. Die jeweiligen diskreten Teile können sich in ihren Eigenschaften unterscheiden. Der Schirm kann beweglich am Gerüst gehalten sein. In einer anderen denkbaren Variante können Gerüst und Schirm zu einem einzigen integralen Bauteil vereinigt sein.
Der Schirm kann aus einem starren oder elastischen Kunststoffmaterial bestehen. Eine bevorzugte Materialwahl ist PEEK, PET oder ein bioinertes poröses Material wie beispielsweise eine Keramik. Das Gerüst kann aus einem vorzugsweise starren Kunststoffmaterial bestehen. Eine bevorzugte Materialwahl ist ebenfalls PEEK, PET oder ein bioinertes poröses Material wie beispielsweise eine Keramik. In einer Ausführungsform können am Gerüst Mittel zu dessen Befestigung am defektfernen Knochengewebe vorhanden sein. Verwendete Kunststoffmaterialien sind vorzugsweise nicht resorbierbar und biokompatibel.
Gerüst und/oder Schirm (oder Abschnitte davon) können entweder wasserundurchlässig sein, oder sie können porös (insb. offenporig) und wasserdurchlässig sein. Letzteres ermöglicht eine gezielte Versorgung des Gewebekonstrukts mit Gewebeflüssigkeit und Nährstoffen, während keine Zellen oder dergleichen passieren können. Geeignete mittlere Porengrößen liegen beispielsweise im Bereich von zwischen 1 bis 100 nm, vorzugsweise im Bereich von zwischen 5 und 50 nm. Durch die Poren hindurchtretende Gewebeflüssigkeit und Nährstoffe unterstützen Wachstum und Differenzierung der im Scaffold bzw. werdenden Implantat befindlichen Zellen. In einer Ausführungsform können an verformbaren und/oder starren Bestandteilen Wachstumsfaktoren immobilisiert werden. Geeignete Wachstumsfaktoren wurden weiter oben im Zusammenhang mit dem Scaffold beschrieben.
Der ggf. verformbare Charakter der Zuchthaube oder die bewegliche Lagerung der Zuchthaube oder von Abschnitten davon bewirkt, dass der im implantierten Zustand überdeckte Bereich durch Krafteinwirkung von außen reversibel verformt und das darin heranreifende Implantat daher mechanisch stimuliert werden kann. Das Gerüst bewirkt, dass der überdeckte Bereich stets ein gewisses Volumen aufweist und nicht implodiert. Sie können so das heranreifende Implantat schützen. Das Gerüst kann die Gestalt einer Brücke annehmen, die in den Endbereichen individuell angepasste Auflageflächen aufweist, die eine Negativform zur Oberfläche des defektfernen Knochengewebes im an den Zuchtbereich angrenzenden Bereich darstellt, und die zwischen den beiden Endbereichen aufgebogen ist. Die Mittel zur Befestigung können an den Endbereichen angeordnet sein. Es kann sich beispielsweise um einen oder mehrere Durchbrüche für Schrauben handeln.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats im eigenen Körper des Patienten, das die folgenden Schritte umfasst:

(A) gegebenenfalls, Durchführen eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1;
(B) Durchführen eines ersten operativen Eingriffs am Patienten, wobei ein Scaffold für das Gelenkflächenimplantat in einer Zuchtgrube versenkt wird, die in defektfernes Knochengewebe abseits der durch das Implantat zu ersetzenden, defekten Gelenkfläche eingearbeitet wird;
(C) Abwarten einer Reifeperiode; und
(D) Durchführen eines zweiten operativen Eingriffs am Patienten, wobei das Gelenkflächenimplantat aus der Zuchtgrube entnommen wird.

Der erste Schritt (A) ist optional. Das Verfahren gemäß Schritten (B) bis (C) kann grundsätzlich auch unabhängig vom erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren unter Verwendung von nicht individuell angepassten Komponenten durchgeführt werden. Gleichwohl ist die vorhergehende Durchführung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bzw. die Verwendung von erfindungsgemäß hergestellten, individuellen Komponenten bevorzugt.
Das Verfahren kann zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats für den Menschen oder zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats für Tiere dienen. Entsprechend kann es sich bei dem defektnahen und bei dem defektfernen Knochengewebe um menschliches oder tierisches Gewebe handeln. Bei dem Patienten kann es sich um einen menschlichen oder tierischen Patienten handeln.
Bei dem Gelenkflächenimplantat kann es sich generell um eines für Gelenke mit hyalinem Knorpel oder Faserknorpel handeln. In einer Ausführungsform handelt es sich um ein Implantat für das Kniegelenk, Hüftgelenk oder Schultergelenk. In einer anderen Ausführungsform handelt es sich um ein Implantat für den Zwischenwirbelbereich bzw. ein Bandscheibenimplantat. Die Zuchtgrube kann in den Beckenkamm des Patienten eingearbeitet werden.
Die Eigenschaften des Scaffolds sind vorzugsweise so, wie diese im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beschrieben wurden, unabhängig davon, ob der Scaffold tatsächlich im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens individuell hergestellt wurde oder nicht. In einer Ausführungsform wird der Scaffold durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrens gefertigt.
In einer Ausführungsform werden die Zuchtgrube und der darin aufgenommene Scaffold während des ersten operativen Eingriffs mit einer Zuchthaube überdeckt.
Die Zuchthaube weist vorzugsweise ein Gerüst auf, an dem ein Schirm gehalten ist. Die Eigenschaften von Gerüst und/oder Schirm sind vorzugsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beschrieben, unabhängig davon, ob Gerüst und/oder Schirm im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens individuell hergestellt wurden oder nicht. In einer Ausführungsform werden Gerüst und/oder Schirm durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrens gefertigt.
Sofern das Herstellungsverfahren gemäß Schritt (A) durchgeführt wird, ist es zweckmäßig, dass die Form der Zuchtgrube der Form des virtuell definierten Zuchtbereichs entspricht. In einer Ausführungsform erfolgt Einarbeitung der Zuchtgrube unter Verwendung einer maßgefertigten Schablone. In einer Ausführungsform erfolgt Einarbeitung der Zuchtgrube unter Verwendung eines maßgefertigten Werkzeugs zur Knochenbearbeitung. Die Eigenschaften von Schablone und/oder Werkzeug sind vorzugsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beschrieben.
In einer Ausführungsform geht dem Einsetzen des Scaffolds ein Fitting der Zuchtgrube mit dem Probeimplantat voraus. Das Fitting umfasst ein Einsetzen des Kopfabschnittes des Probeimplantats in die Zuchtgrube, um die Passgenauigkeit zu ermitteln. Bei mangelhafter Passgenauigkeit kann eine Feinbearbeitung der Zuchtgrube erfolgen. Dieser Vorgang kann bei Bedarf mehrfach wiederholt werden.
In einer Ausführungsform beträgt die Reifeperiode 6 bis 12 Wochen. Zwischen erstem und zweitem operativen Eingriff erfolgt typischerweise kein weiterer Eingriff. Die Haube überdeckt während der Reifezeit fortwährend die Zuchtgrube und den Scaffold bzw. das sich formende Implantat.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, ein Gelenkflächenimplantat mit mehrschichtigem Aufbau (Knorpel auf Knochen) unter Bedingungen zu züchten, die ähnlich den Bedingungen wie diese am Implantationsort anzutreffen sind (Nährstoffversorgung, mechanische Belastung). So kann Gewebe mit einem funktionellen Aufbau heranreifen. Die Züchtung erfolgt an einer Stelle, die sich vom Implantationsort unterscheidet und davon unabhängig gewählt werden kann.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Implantation eines Gelenkflächenimplantats, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(i) Durchführen eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1, oder Züchten eines Gelenkflächenimplantats im Rahmen eines Verfahrens gemäß Anspruch 11; und
(ii) Durchführen eines dritten operativen Eingriffs am Patienten, wobei involviertes Knochengewebe entfernt und durch das Implantat ersetzt wird.

Dem Implantationsverfahren gemäß Schritt (ii) geht ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren oder ein erfindungsgemäßes Zuchtverfahren voraus. Die Verwendung von erfindungsgemäß hergestellten, maßgefertigten Komponenten ist bevorzugt.
In einer Ausführungsform wird im Rahmen des dritten operativen Eingriffs involviertes Knochengewebe im Umfang des virtuell definierten Defektbereichs entfernt.
In einer Ausführungsform erfolgt das Entfernen des involvierten Knochengewebes unter Verwendung einer maßgefertigten Schablone oder eines maßgefertigten Werkzeugs zur Knochenbearbeitung.
In einer Ausführungsform geht dem Einsetzen des Implantats ein Fitting des Zielorts mit dem Probeimplantat voraus. Das Fitting umfasst ein Einsetzen des Kopfabschnittes des Probeimplantats in die Ausnehmung am Zielort, um die Passgenauigkeit zu ermitteln. Bei mangelhafter Passgenauigkeit kann eine Feinbearbeitung der Ausnehmung am Zielort erfolgen. Dieser Vorgang kann bei Bedarf mehrfach wiederholt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figuren und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert. In den Figuren zeigen:
1: einen Flowchart, der die Arbeitsabfolge einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zeigt;
2: Abbildungen mehrerer Schritte, die im Rahmen des ersten operativen Eingriffs einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens durchgeführt werden;
3: eine schematische Darstellung von Vorgängen während der Reifezeit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens;
4: eine weitere schematische Darstellung von Vorgängen während der Reifezeit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens;
5: eine weitere schematische Darstellung von Vorgängen während der Reifezeit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens;
6: schematische Darstellungen des im Körper implantierten Scaffolds nebst Zuchthaube gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens;
7: Darstellung des Unterschiedes zwischen einem im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezüchteten Implantats zu einem Vergleichsimplantat; und
8: Abbildungen mehrerer Schritte, die im Rahmen des dritten operativen Eingriffs einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Implantationsverfahrens durchgeführt werden.
1 zeigt einen Flowchart, in dem eine mögliche Abfolge an Verfahrensschritten für ein Herstellungsverfahren individuell angepasster Komponenten zur Verwendung in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats, wie es gemäß der Erfindung vorgesehen ist, beschreibt.
In einem ersten Schritt 1 wird ein computertomografisches Verfahren (CT) zur dünnschichtigen Schnittbildgebung (< 0,5 mm isotropische Voxelgröße) von Knochengewebe durchgeführt. Diese Bildgebung erfolgt einerseits für die Hemipelvis und andererseits für beide am beschädigten Gelenk angrenzenden Knochen, der Knochen mit der zu ersetzenden Gelenkfläche und der gegenüberliegende Knochen. Beispielsweise kann es sich bei den visualisierten Knochenabschnitten um Teile von Femur und Kniescheibe einerseits sowie einen Abschnitt des Beckenkammes andererseits handeln.
In einem weiteren Schritt 2 erfolgt anhand des Schnittbildes ein virtuelles, dreidimensionales Modell der abgebildeten Knochenpartien erstellt. Dabei können beispielsweise die Programme I-Plan^® und Freeform^® zum Einsatz kommen. Ein Glätten des Modells kann anhand Meshlab^® erfolgen.
In Schritt 3 erfolgt anhand des zuvor erstellten Modells eine virtuelle Definition eines Defektbereichs am Knochen mit der zu ersetzenden Gelenkfläche. Der Defektbereich soll beschädigtes bzw. unterhalb einer beschädigten Gelenkfläche liegendes Knochengewebe umfassen. Diese Bereichsabgrenzung kann beispielsweise mit I-PLAN^® vorgenommen werden. Es entsteht eine erste Definition der Form des gewünschten Implantats (entspricht dem Negativ des Defektbereichs).
Nach erfolgter erster Definition eines Implantats bzw. Defektbereichs wird in Schritt 4 die gelenkseitige Oberfläche des Implantats bzw. Defektbereichs modelliert. Diese Oberfläche soll der gewünschten Oberfläche nach erfolgter Behandlung entsprechen, also eine gesunde und mit dem gegenüberliegenden Knochen/Knorpel des Gelenks ideal zusammenwirkende Gelenkfläche nachbilden. Die Definition erfolgt insoweit anhand des virtuellen Modells des unbeteiligten Gewebes am gegenüberliegenden Knochen/Knorpel des Gelenks. Gegebenenfalls kann eine Buhl-Operation bei dieser Modellierung zur Anwendung kommen.
In Schritt 5 wird eine Schätzung dahingehend abgegeben welche Stärke Knorpelgewebe an der gelenkseitigen Oberfläche eines zu fertigenden Implantats aufweisen soll. Ferner erfolgt ein virtuelles Glätten des virtuellen Modells.
In Schritt 6 wird dieses nun fertige, virtuelle Modell des Implantats bzw. Defektbereichs genützt, um anhand des virtuellen Modells des Beckenkammes eine geeignete Stelle zur Züchtung des Implantats auszuwählen. Es erfolgt eine virtuelle Modellierung eines Zuchtbereichs am Beckenkamm. Der Zuchtbereich ist das virtuelle Gegenstück einer künstlich ausgenommenen Grube im Beckenkamm, die zur Zucht eines Implantats dienen soll. Die Abmessungen des Zuchtbereichs werden so gewählt, dass das modellierte Implantat in den Zuchtbereich eingefügt werden kann.
In Schritt 7 erfolgt die virtuelle Modellierung einer implantierbaren Zuchthaube, welche während der Züchtung des Implantats die Zuchtgrube überdecken soll und optimale Bedingungen für das Heranwachsen sicherstellen soll. Die Zuchthaube umfasst vorteilhafterweise ein starres Gerüst und einen starren oder flexiblen Schirm. Der Schirm kann starr oder beweglich am Gerüst gehalten sein, oder mit dem Gerüst ein einziges integrales Teil bilden. Deren Modellierung in Schritt 7 erfolgt insbesondere dahingehend, dass Eigenschaften des Gerüsts und/oder Schirms an die individuellen Gegebenheiten des Zuchtbereichs angepasst werden, beispielsweise hinsichtlich der Größe und Form, der Orte für Befestigungsmittel an Knochen oder der Form von Auflageflächen.
Ferner erfolgt in Schritt 7 die virtuelle Freistellung des Implantats.
In Schritt 8 erfolgt eine virtuelle Modellierung verschiedener Werkzeuge, Schablonen und Probeimplantate. Es wird je ein Satz derartiger Werkzeuge, Schablonen und Probeimplantate für die Bearbeitung der Defektstelle im Gelenk und für die Bearbeitung der Zuchtstelle entworfen. Diese Werkzeuge, Schablonen und Probeimplantate dienen dazu, es dem Chirurgen während der Operation zu vereinfachen, an der richtigen Stelle des Knochens eine gemäß dem erstellten Modell geformte Ausnehmung anzufertigen. Bei der Schablone kann es sich beispielsweise um eine Bohrschablone handeln, welche das Ansetzen eines Bohrers an der richtigen Stelle in die richtige Richtung ermöglicht. Hier können oszillierende Sägen, Hohlbohrer oder Meisel oder Fräsen verwendet werden. Probeimplantate haben vorteilhafterweise einen Kopfabschnitt, der dieselbe Form aufweist wie der modellierte Defektbereich bzw. Zuchtbereich. So wird es dem Chirurgen während der Operation ermöglicht, die Form des jeweiligen Bereichs während der Operation feinanzupassen.
Unter Punkt 9 erfolgt eine Produktion des Implantats aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise einem porösen Biomaterial oder autologem Material wie Knochengewebe. Ein Beispiel für ein geeignetes poröses Biomaterial ist ein dreidimensional geformtes Hydrogel. Die Fertigung des aus Kunststoff modellierten Implantats erfolgt anhand LaBP (Laser-assisted BioPrinting) unter Vorhaltung des unter Punkt 7 erstellten Modells.
Unter Punkt 10 erfolgt die Herstellung von Bestandteilen der Zuchthaube, sowie die Herstellung von Schneidwerkzeugen, Schablonen und Probeimplantaten. Die Fertigung des aus Polyamid bestehenden Probeimplantats und der Kunststoffschablone erfolgt durch Lasersintern im Rahmen eines Rapid-Prototyping-Verfahrens unter Vorhaltung des unter Punkt 7 erstellten Modells.
Schritte 1–10 korrespondieren zu einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren dar. Schritte 11 und 12 symbolisieren einen ggf. anschließend erfolgenden ersten chirurgischen Eingriff im Rahmen eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens sowie einen ggf. anschließend erfolgenden dritten chirurgischen Eingriff im Rahmen eines erfindungsgemäßen Implantationsverfahrens.
Die Vorgänge, die sich während des ersten chirurgischen Eingriffs im Rahmen eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens abspielen, werden in 2 illustriert.
2a stellt schematisch den Beckenkamm 20 eines Patienten dar, der einen zuvor virtuell definierten Zuchtbereich aufweist. Auf diesen Zuchbereich wird eine im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gefertigte Bohrschablone 21 aufgesetzt. Unter Verwendung dieser Bohrschablone 21 sowie gegebenenfalls unter Verwendung maßgefertiger Werkzeuge wird im Zuchtbereich eine als Zuchtgrube bezeichnete Ausnehmung eingearbeitet. Anschließend wird die Schablone abgenommen, und die Form und Abmessungen der Zuchtgrube werden vom Chirurgen gegebenenfalls unter Verwendung eines Probeimplantats feinabgestimmt.
Anschließend wird ein Scaffold in der Zuchtgrube versenkt, wie dies in 2b dargestellt ist. Die Abmessungen der Zuchtgrube entsprechen in etwa den Abmessungen des Scaffolds 22 für das Implantat.
In 2c wird dargestellt, wie Zuchtgrube mit eingesetztem Scaffold 22 von einem zu einer maßgefertigten Zuchthaube gehörenden Schirm 23 abgedeckt wurde. Der Schirm 23 wurde zuvor im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens maßgefertigt, und passt genau auf die entsprechende Stelle des Pelvis. Bei diesem Schirm 23 kann es sich beispielsweise um eine Kunststoffschicht, wie beispielsweise eine PEEK-Schicht handeln. Der Schirm kann beispielsweise aus porösem Material bestehen, um Nährstoffe und Gewebsflüssigkeit durchlassen zu können. Der Schirm 23 kann aber auch zumindest abschnittsweise wasserundurchlässig ausgeführt sein. Am Schirm können gegebenenfalls Zellen oder Wachstumsfaktoren immobilisiert werden. Gegebenenfalls können auch gewisse Zellen oder Wachstumsfaktoren auf das Implantat aufgebracht werden.
In 2d wird dargestellt, wie auf den Schirm 23 anschließend ein zur Zuchthaube gehörendes Gerüst 24 aufgesetzt. Es besteht vorzugsweise aus einem starren Kunststoffmaterial, wie beispielsweise PEEK. Es kann solide gefertigt sein oder porös sein. Das Gerüst 24 wurde zuvor im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens maßgefertigt, und passt genau auf die entsprechende Stelle des Pelvis. Es hat Abmessungen, die so gewählt sind, dass der gewünschte Bereich in der gewünschten Höhe genau abgedeckt wird. Das Gerüst weist Bohrlöcher 25 an geeigneten Stellen auf, um es am Beckenkamm des Patienten verankern zu können.
3 bis 6 zeigen schematische Darstellungen von Vorgängen während der Reifezeit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens.
Eine Haube 100 zur Abdeckung der Zuchtgrube und des Scaffolds bzw. werdenden Implantats weist eine Kontur 101 auf, die sich abschnittsweise aus einer flexiblen, wasserundurchlässigen Kunststofffolie 102 und abschnittsweise aus einer formstabilen, flüssigkeitsdurchlässigen Membran 103 zusammensetzt. Anhand der formstabilen Membran 103 kann die Haube 100 am Knochengewebe des Patienten fixiert sein.
In der Kammer 104 unter der Haube 100 ist ein Scaffold 105 aus einem dreidimensional geformten Hydrogel angeordnet. Am Scaffold 105 können Wachstumsfaktoren immobilisiert sein. Der Scaffold 105 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei diskrete Zonen 106 und 107 auf, die sich hinsichtlich der Struktur und/oder Zusammensetzung des Hydrogels unterscheiden. Die Zone 106 dient der Kultivierung von Knochenzellen, während die Zone 107 der Kultivierung von Knorpelzellen dient. In den jeweiligen Zonen 106 bzw. 107 können je nach Art des gewünschten Gewebeaufbaus dieselben oder unterschiedliche Wachstumsfaktoren immobilisiert sein. Mit dem Bezugszeichen 108 werden schematisch Zellen dargestellt, mit denen die erfindungsgemäße Vorrichtung im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens beladen wird, bevor die beladene Vorrichtung temporär in den menschlichen oder tierischen Körper implantiert wird. Bei dem Scaffold kann es sich um einen bereits mit Blick auf die gewünschte Form des zu züchtenden Implantats abgestimmten Scaffold 105 handeln, der im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erhalten wurde. Alternativ ist denkbar, dass es sich um einen ungeformten Scaffold 105a handelt. Die Bezugszeichen 106a, 107a und 108a bezeichnen unterschiedliche Zonen und Zellen des ungeformten Scaffolds 105a.
In 4 ist mit dem Bezugszeichen 109 schematisch Gewebeflüssigkeit dargestellt, die durch die flüssigkeitsdurchlässige poröse Membran 103 in das innere der Kammer 104 dringt und den Scaffold 105 nebst der beladenen autogenen Zellen 108 anspült. Die Gewebeflüssigkeit 109 enthält Nährstoffe, mit denen die im Scaffold 105 befindlichen Zellen 108 versorgt werden. In den Poren bzw. an der Innenseite der porösen Membran 103 können Wachstumsfaktoren immobilisiert sein, die ebenfalls mit dem Scaffold 105 bzw. den daran sitzenden autogenen Zellen 108 in Kontakt treten. Auch am Scaffold 105 selbst können Wachstumsfaktoren immobilisiert sein. Ferner sind in 4 Einsprossungen von Blutgefäßen 110 in das sich im Scaffold 105 bildende Gewebekonstrukt erkennbar. Das Gewebekonstrukt kann anhand dieser Einsprossungen 110 mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden. Die Einsprossung von Blutgefäßen erfolgt von Seiten des Knochengewebes 112 des Patienten.
5 zeigt einen Querschnitt durch eine implantierte Haube und Scaffold 105 gemäß 3 und 4, wobei die obere Abbildung die Anordnung vor bzw. unmittelbar nach der Implantierung zeigt, und die untere Abbildung die Vorrichtung eine gewisse Zeit nach der Implantierung. Die Kontur 101 der Haube umfasse poröse Abschnitte, an deren Innenseite Wachstumsfaktoren 113 immobilisiert sind. In der unteren Abbildung kann erkannt werden, dass Gewebeflüssigkeit 109 durch die zumindest abschnittsweise poröse Haube dringt und den Scaffold 105 bzw. das sich bildende Implantat durch- und umspült.
In 6 ist dargestellt, wie die Anordnung aus Zuchtgrube, Scaffold und Haube 100 unterhalb eines Muskels 111 auf dem Beckenkammknochen 112 sitzt. Der Muskel kann eine Kraft F auf die Anordnung ausüben, wobei diese Kraft anhand der flexiblen Bestandteile 102 der Kontur 101 der Haube an den Scaffold 105 weitergegeben wird. So wird das sich bildende Gewebe mechanischen Reizen ausgesetzt, die mechanische Reize am späteren Einsatzort nachbilden.
In 7 wird die Histologie von Implantaten nach sechswöchiger Zucht verglichen. Das in 7a dargestellte Vergleichs-Implantat wurde ohne mechanischen Einfluss gezüchtet. Das in 7b dargestellte Implantat wurde erfindungsgemäß unter Einfluss mechanischer Kompressionskräfte gezüchtet. Die mechanischen Kompressionskräfte entstehen am Beckenkamm des Patienten während des normalen, alltäglichen Bewegungsablaufs und werden durch den teilweise flexiblen Aufbau der Zuchthaube an das Implantat weitergegeben. Der abgebildete histologische Befund zeigt, dass sich das Regeneratgewebe 30 unter mechanischem Einfluss sehr viel dünner und kompakter ausbildet (7b) als ohne derartigen Reiz (7a). Das Knorpelgewebe 30 gemäß 7b ist in seiner Beschaffenheit optimal an die Anforderungen am Implantationsort angepasst.
Die Vorgänge, die sich während des dritten chirurgischen Eingriffs im Rahmen eines erfindungsgemäßen Implantationsverfahrens abspielen, werden in 8 illustriert.
8a stellt schematisch eine Oberschenkelrolle 40 eines Patienten dar, der einen zuvor virtuell definierten Defektbereich aufweist. Die dargestellte Oberschenkelrolle gehört einem menschlichen Patienten, alternativ ist allerdings selbstverständlich auch von der Erfindung umfasst, dass die erfindungsgemäßen Verfahren mit Blick auf eine tierische Oberschenkelrolle durchgeführt werden. Auf diesen Defektbereich wird eine im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gefertigte Bohrschablone 41 aufgesetzt. Unter Verwendung dieser Bohrschablone 41 sowie gegebenenfalls unter Verwendung maßgefertigter Werkzeuge wird am Defektbereich defektes Knochengewebe abgetragen.
Anschließend wird die Schablone abgenommen, und die Form und Abmessungen der Ausnehmung werden vom Chirurgen gegebenenfalls unter Verwendung eines Probeimplantats 42 feinabgestimmt. Dies ist in 8b dargestellt.
Die fertige Ausnehmung 43 ist aus 8c ersichtlich.
Anschließend wird das Implantat 44 mit der knorpeligen Gelenkfläche in der präparierten Ausnehmung am Zielort mit einem Stößel versenkt. Das versenkte Implantat ist in 8d dargestellt.
Zusammenfassend ergibt sich bei Anwendung einer erfindungsgemäßen Methode durch die sofortige Einsetzbereitschaft des Implantats, welche durch die zielgerichtete und unter mechanischem Einfluss erhaltene Knorpelschicht resultiert, ein um bis zu 50% geringerer Zeitraum, der für die Heilung benötigt wird.
Zusammenfassend ergibt sich, dass die erfindungsgemäßen Verfahren eine Kultivierung von Gelenkflächenimplantaten im Körper des Patienten ermöglichen. Es ergeben sich gegenüber bisher bekannten Implantaten bessere, dem Zielgewebe ähnlichere Eigenschaften bei kleineren Entnahmedefekten. Zudem kann die Transplantation des Implantats zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen, um dem geschädigten Zuchtort Zeit zur Heilung (z. B. nach Infektion) zu geben. Die Kosten für das Implantat werden gegenüber bisherigen Verfahren reduziert und der Aufwand verringert. Die Implantate sind nach der Züchtung mechanisch belastbarer und dem Zielgewebe hinsichtlich des funktionellen Aufbaus ähnlicher. Es ist auch die Ausbildung eines mehrphasigen Gewebeaufbaus möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/0127995 A1 [0006]
US 2004/0064194 A1 [0006]
US 6228117 B1 [0007]
US 6348069 B1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Jagodzinski, M., Breitbart, A., et al. (2008) ”Influence of perfusion and cyclic compression on proliferation and differentiation of bone marrow stromal cells in 3-dimensional culture” J Biomech 41(9): 1885–1891 [0009]
Jagodzinski, M., Drescher, M., et al. (2004) ”Effects of cyclic longitudinal mechanical strain and dexamethasone on osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells” Eur Cell Mater 7: 35–41, discussion 41 [0009]
Jagodzinski, M., Hankemeier, S., et al. (2005) ”Influence of cyclic mechanical strain and heat of human tendon fibroblasts on HSP-72” Eur J Appl Physiol: 1–8 [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer individuell angepassten Komponente zur Verwendung in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: (a) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektnahem Knochengewebe im Bereich einer defekten Gelenkfläche und Erstellung eines ersten, virtuellen und dreidimensionalen Modells des ersten Knochengewebes; (b) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektfernem Knochengewebe abseits der defekten Gelenkfläche und Erstellung eines zweiten, virtuellen und dreidimensionalen Modells; (c) virtuelle Definition eines zu ersetzenden Defektbereichs im defektnahen Knochengewebe anhand des ersten Modells; (d) gegebenenfalls, virtuelle Definition eines Zuchtbereichs im defektfernen Knochengewebe anhand des zweiten Modells, wobei die Form des Zuchtbereichs zumindest abschnittsweise der Form des Defektbereichs entspricht; (e) virtuelle Modellierung einer unter Vorlage des ersten und/oder zweiten Modells und/oder des Defektbereichs und/oder Zuchtbereichs individuell angepassten Komponente; und (f) reale Herstellung der implantierbaren Komponente unter Vorlage des aus Schritt (e) erhaltenen virtuellen Komponentenmodells.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die defekte Gelenkfläche an einem Gelenk mit hyalinem Knorpel oder Faserknorpel liegt, beispielsweise im Kniegelenk, Hüftgelenk, Schultergelenk oder Zwischenwirbelbereich des Patienten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das defektferne Knochengewebe am Beckenkamm liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem tomographischen Bildgebungsverfahren um Computertomografie (CT) oder Magnetresonanztomografie (MRT) handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um einen dreidimensionalen Scaffold für das Implantat, ein Probeimplantat, eine Schablone, ein chirurgisches Werkzeug zur Bearbeitung von Knochengewebe, oder um einen Bestandteil einer implantierbaren Zuchthaube handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um einen dreidimensionalen Scaffold für das Implantat handelt, der formidentisch zum Defektbereich ist und unter Vorlage des Defektbereichs modelliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um ein Probeimplantat handelt, das einen zu einem Abschnitt des Defektbereichs oder Zuchtbereichs formidentischen Kopfabschnitt aufweist, der unter Vorlage des Defektbereichs oder des Zuchtbereichs modelliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um eine Schablone oder um ein chirurgisches Werkzeug zur Knochenbearbeitung handelt, die bzw. das unter Vorlage des ersten oder zweiten Modells und des Defektbereichs oder Zuchtbereichs modelliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der bzw. einer Komponente um einen Bestandteil einer implantierbaren Zuchthaube handelt, der unter Vorlage des zweiten Modells und/oder des Zuchtbereichs modelliert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die implantierbare Zuchthaube ein Gerüst aufweist, an dem ein Schirm gehalten ist, und dass es sich bei der modellierten Komponente um Gerüst und/oder Schirm handelt.
Verfahren zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats im eigenen Körper des Patienten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (A) gegebenenfalls, Durchführen eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1; (B) Durchführen eines ersten operativen Eingriffs am Patienten, wobei ein Scaffold für das Gelenkflächenimplantat in einer Zuchtgrube versenkt wird, die in defektfernes Knochengewebe abseits der durch das Implantat zu ersetzenden, defekten Gelenkfläche eingearbeitet wird; (C) Abwarten einer Reifeperiode; und (D) Durchführen eines zweiten operativen Eingriffs am Patienten, wobei das Gelenkflächenimplantat aus der Zuchtgrube entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Gelenkflächenimplantat für ein Gelenk mit hyalinem Knorpel oder Faserknorpel handelt, beispielsweise das Kniegelenk, Hüftgelenk, Schultergelenk oder ein Wirbelgelenk des Patienten, und/oder dass die Zuchtgrube in den Beckenkamm des Patienten eingearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Scaffold durch ein Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuchtgrube und der darin aufgenommene Scaffold während des ersten operativen Eingriffs mit einer Zuchthaube überdeckt werden, die ein Gerüst aufweist, an dem ein Schirm gehalten ist, wobei Gerüst und/oder Schirm vorzugsweise durch das Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Zuchtgrube der Form eines im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 virtuell definierten Zuchtbereichs entspricht und/oder dass die Einarbeitung der Zuchtgrube unter Verwendung einer/eines im Rahmen des Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigten Schablone oder chirurgischen Werkzeugs zur Knochenbearbeitung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einsetzen des Scaffolds ein Fitting der Zuchtgrube mit einem Probeimplantat vorausgeht, das im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigt wurde.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifeperiode 6 bis 12 Wochen beträgt.
Verfahren zur Implantation eines Gelenkflächenimplantats, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (i) Durchführen eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1, oder Züchten eines Gelenkflächenimplantats im Rahmen eines Verfahrens gemäß Anspruch 11; und (ii) Durchführen eines dritten operativen Eingriffs am Patienten, wobei involviertes Knochengewebe entfernt und durch das Implantat ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das involvierte Knochengewebe im Umfang im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 virtuell definierten Defektbereichs entfernt wird und/oder dass die Entfernung unter Verwendung einer/eines im Rahmen des Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigten Schablone oder Werkzeugs zur Knochenbearbeitung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einsetzen des Implantats ein Fitting des Zielortes mit einem im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigten Probeimplantat vorausgeht.