DE602004002491T2

DE602004002491T2 - Ein keramischer Überzug mit einem biologischen Aktivstoff und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE602004002491T2
Application number: DE602004002491T
Authority: DE
Inventors: Panjian Fort Wayne Li; Hai Bo Warsaw Wen; Elizabeth A. North Manchester Hippensteel
Original assignee: DePuy Products Inc
Current assignee: DePuy Products Inc
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: US20040153165A1; AU2004200224B2; JP2004230174A; EP1442755B1; DE602004002491D1; AU2004200224A1; US7087086B2; ATE340595T1; EP1442755A1

Description

Die Erfindung betrifft einen implantierbaren Artikel, ein Verfahren zu dessen Präparierung und Verfahren zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels.
Es ist wünschenswert, mineralisierte und/oder Keramikbeschichtungen auf eine Vielzahl von Artikeln aufzutragen. Biologische Implantate (z. B. medizinische Implantate) stellen eine Klasse von Artikeln dar, auf die solche Beschichtungen häufig aufgetragen werden. Das Substrat, auf das eine solche Beschichtung auftragen wird, ist in der Regel ein Metall oder ein Kunststoff, aber die Beschichtung kann auch auf andere Substrate, wie etwa Keramik und Silizium, aufgetragen werden.
Biologische Implantate, wie etwa Gelenk- und Zahnprothesen, müssen in der Regel permanent am Knochen fixiert oder im Knochen verankert werden. In manchen Fällen ist es akzeptabel, einen Knochenzement zum Fixieren der Prothese im Knochen zu verwenden. Bei vielen Gelenkprothesen ist es nun allerdings üblicher, die Gelenkprothese zu fixieren, indem das natürliche Einwachsen der Knochen in und um die Prothese ermutigt wird. Knochen-Implantat-Schnittstellen, die sich aus dem natürlichen Einwachsen der Knochen ergeben, erweisen sich normalerweise mit der Zeit als stärker und dauerhafter als Knochenzement-Prothesen-Bindungen.
Voraussetzung für das optimale Einwachsen von Knochen ist, dass der natürliche Knochen in und um die zu implantierende Prothese einwächst. Das Einwachsen der Knochen und die Fixierung der Prothese kann verbessert werden, indem auf dem Implantat unregelmäßige mit Kugeln (Beads) beladene oder poröse Oberflächen bereitgestellt werden. Zwar sind verschiedene Materialien, u. a. Titanlegierungen, biokompatibel, aber sie sind nicht unbedingt bioaktiv, da sie weder Knochenbildung fördern noch chemische Bindungen mit dem Knochen eingehen können.
Eine verbesserte Fixierung von Implantaten im Knochen lässt sich erreichen, indem das Implantat mit einem bioaktiven mineralisierten und/oder keramischen Material beschichtet wird. Solche Beschichtungen können nachweislich ein rascheres Einwachsen von Knochen in und um die Prothese fördern.
Zum Auftragen von mineralisierten und/oder Keramikbeschichtungen auf bioimplantierbare Substrate werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Diese Beschichtungen werden in der Regel aus Keramiken gefertigt und zeichnen sich normalerweise durch eine verhältnismäßig große Kristallgröße aus. Diese Beschichtungen können anhand einer Vielzahl verschiedener Verfahren aufgetragen werden, u. a. Plasmaspritzen, Ionenimplantation und Sol-Gel-Verarbeitung. Diese Beschichtungsverfahren finden zwar breite Anwendung, haben aber einige Nachteile. So neigen beispielsweise die aufgetragen Beschichtungen dazu, Mikro- und Makroporen aufzuweisen, und sie können verhältnismäßig dick und brüchig sein. Diese Beschichtungen können außerdem chemische Mängel aufweisen, und sie haften nicht immer gut an den Substraten. Schließlich werden diese Beschichtungen nicht immer gleichmäßig und einförmig auf Oberflächen mit komplexen geometrischen Formen aufgetragen, wie etwa auf poröse Oberflächen mit hinterschnittenen Bereichen. Darüber hinaus werden Oberflächen mit solchen komplexen geometrischen Formen nicht vollständig beschichtet.
Die Tatsache, dass Kalziumphosphatkeramiken, insbesondere Hydroxylapatit, die Knochenbildung fördern kann, ist gut belegt. Hydroxylapatitkeramiken wurden bereits mit Erfolg als Beschichtung auf zementlose Metallimplantate aufgetragen, um eine rasche und starke Fixierung zu erreichen. Thermisches Plasmaspritzen ist eine der häufigeren Methoden zur Herstellung von Hydroxylapatitbeschichtungen. Die sich ergebende mittels Plasmaspritzen aufgetragene Hydroxylapatitbeschichtung hat allerdings eine verhältnismäßig geringe Dichte und ist weder von der Struktur noch von der Zusammensetzung her gleichförmig. Die Haftung zwischen der Beschichtung und dem Substrat ist im Allgemeinen nicht sehr stark, insbesondere nach Langzeitexposition im Körperinnern. Wesentliche Bedenken sind dabei die Entstehung von harten Keramikteilchen, die durch den Abbau der mittels thermischem Plasmaspritzen aufgetragenen Beschichtung hervorgerufen wird, sowie die Delamination (das Abblättern) der Beschichtung.
Zur Herstellung von Apatitkeramikbeschichtungen anhand von Lösungen auf Wassergrundlage wurden außerdem Tieftemperaturprozesse eingesetzt. Da wässrige Lösungen jede Freifläche erreichen können, können diese Tieftemperaturprozesse bei Substraten mit komplexen Oberflächengeometrien wirksam eingesetzt werden. Die aus dieser Lösung gebildete Hydroxylapatitbeschichtung kann für Knochengewebe biologisch verträglicher sein als die mittels Plasmaspritzen aufgetragene Hydroxylapatitbeschichtung, bei deren Herstellung ein Hochtemperaturprozess verwendet wird. Die zur Zeit bekannten Tieftemperaturprozesse machen allerdings in der Regel die Vorbehandlung des Substrats erforderlich.
Ein Beispiel für ein Beschichtungsverfahren auf Grundlage eines wässrigen Systems wird in US-5205921 offengelegt, in der bioaktive Keramikbeschichtungen mittels galvanischer Metallabscheidung auf ein Substrat aufgetragen wurden. Bunker et al., Science 264: 48-55 (1994) legen ein Verfahren zum Auftragen eines Oktakalziumphosphats auf ein Substrats offen, wobei das Substrat nach Oberflächenbehandlung des Substrats mit einem Material wie etwa Chlorsilan in eine kalziumchloridhaltige Lösung eingetaucht wird. Andere Verfahren, wie etwa die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-40711 offengelegten, bilden eine Hydroxylapatitbeschichtung, indem das Substrat Kalziumphosphat in einem Druckreaktor ausgesetzt wird. US-5188670 legt ein Verfahren zur Bildung einer Hydroxylapatitbeschichtung auf einem Substrat offen, bei dem ein Strahl einer Flüssigkeit, die Hydroxylapatitteilchen enthält, auf dieses gerichtet wird, um eine faserige, kristalline Hydroxylapatitschicht aufzutragen.
Bioaktive Keramikbeschichtungen, wie etwa die oben beschriebenen wurden im Hinblick auf die Fähigkeit zum Einleiten oder Fördern der Knochenbildung verbessert, insbesondere mittels Einbringung eines biologischen Mittels in die Poren der Keramikbeschichtung. Beispielsweise wird in US-5947893 eine medizinische Vorrichtung offengelegt, die eine an das Gewebe angepasste Oberfläche aufweist, deren Poren mit einer Verbindung einer pharmazeutischen Wirksubstanz und eines biologisch abbaubaren Trägers imprägniert sind. Außerdem beschreibt US-4596574 ein biologisch abbaubares poröses Keramikeinführungssystem, das von Nutzen für die Einführung von BMP (Bone Morphogenic Protein/knochenmorphogenes Protein) ist. US-6180606 legt osteogene Verbindungen offen, die eine poröse oder semiporöse Matrix, einen osteogenen Faktor und ein Mittel, wie etwa einen Wachstumsfaktor, Ernährungsfaktor, ein Arzneimittel, eine kalziumhaltige Verbindung, ein Blutprodukt und ein Protein umfassen. Siehe auch US-5258029. Eine biomimetische Kalziumphosphatbeschichtung, an die mittels kovalenter Bindung ein Wachstumsfaktor gebunden ist, der mit einem Hydrogel beschichtet ist, wird in US-6129928 beschrieben. Die biomimetische Mitfällung von Rinderserumalbumin (BSA), Ca²⁺ und PO₄ ^3– auf ein Titansubstrat ist in Liu et al., Biomaterials 24: 65-70 (2003) beschrieben. Siehe auch US-6143948; Liu et al., J. Biomed. Mat. Res. 57: 327-335 (2001); und Wen et al., J. Biomed. Mat. Res. 46: 245-252 (1999). Die Einbringung des Antibiotikums Vancomycin in eine Keramikbeschichtung wurde von Radin et al., Biomaterials 18: 777-782 (1997) offengelegt.
US-6280789 legt einen Prozess zum Präparieren von Hydroxylapatit auf einem Substrat offen, bei dem das Substrat in eine Lösung eingetaucht wird, die Kalziumphosphat und Bikarbonationen mit einem pH-Wert von 6,8 bis 8,0 enthält, und die Lösung anschließend erwärmt wird.
Obwohl es zahlreiche Keramikbeschichtungen und verschiedene Prozesse zur Herstellung solcher Beschichtungen gibt, besteht weiterhin Bedarf an implantierbaren Artikeln, die verbesserte und zuverlässige bioaktive Keramikbeschichtungen aufweisen, in die biologische Mittel eingebracht sind, sowie an Verfahren zur Herstellung derselben.
Die Erfindung stellt derartige implantierbare Artikel bereit, die verbesserte Keramikbeschichtungen aufweisen. Des Weiteren stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung derselben bereit. Diese und andere Vorteile der Erfindung, sowie weitere Merkmale, werden aus der vorliegenden Beschreibung der Erfindung hervorgehen.
Die Erfindung stellt einen implantierbaren Artikel bereit, der folgendes umfasst: (i) ein biokompatibles Substrat und (ii) eine bioaktive Oberflächenbeschichtung, die chemisch an eine Substratoberfläche über mindestens einen Abschnitt des Substrats gebunden ist, wobei die Beschichtung ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch absorbiertem Wasser aufweist, wobei die Beschichtung eine Kristallgröße kleiner als 1 μm und Poren, die kleiner als 1 μm im Durchmesser sind, aufweist und wobei ein biologisches Mittel in die Poren eingebracht ist.
Die Erfindung stellt außerdem Verfahren zum Präparieren eines implantierbaren Artikels bereit. Das Verfahren umfasst (a) Bereitstellen eines biokompatiblen Substrats, (b) Inkubieren mindestens eines Abschnitts der Oberfläche des biokompatiblen Substrats mit einer Verbindung die (i) ein biologisches Mittel, (ii) Kalziumionen in einer Konzentration von 1 mM bis 10 mM, (iii) Phosphationen in einer Konzentration von 1 mM bis 10 mM und (iv) einen flüssigen Träger umfasst, wobei der pH-Wert der Verbindung zwischen 3,5 und 9 liegt, und (c) Entfernen des flüssigen Trägers aus dem biokompatiblen Substrat, um einen implantierbaren Artikel mit einer bioaktiven Oberflächenbeschichtung zu erhalten, die chemisch an eine Substratoberfläche über mindestens einen Abschnitt des Substrats gebunden ist, wobei die Beschichtung ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch absorbiertem Wasser aufweist, wobei die Beschichtung eine Kristallgröße kleiner als 1 μm und Poren, die kleiner als 1 μm im Durchmesser sind, aufweist und wobei ein biologisches Mittel in die Poren eingebracht ist.
Die Erfindung stellt außerdem Verfahren zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels bereit. Die Beschichtung weist ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch absorbiertem Wasser, mit einer Kristallgröße kleiner als 1 μm und Poren, die kleiner als 1 μm im Durchmesser sind, auf. Ein Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen eines implantierbaren Artikels, der ein biokompatibles Substrat mit einer bioaktiven Keramikbeschichtung auf mindestens einem Abschnitt der Oberfläche des biokompatiblen Substrats aufweist, (b) Inkubieren mindestens eines Abschnitts der bioaktiven Keramikbeschichtung mit einer Verbindung, die (i) ein biologisches Mittel, (ii) Kalziumionen in einer Konzentration von 0,01 mM bis 1 mM, (iii) Phosphationen in einer Konzentration von 0,01 mM bis 1 mM und (iv) einen flüssigen Träger umfasst, wobei der pH-Wert der Verbindung zwischen 3,5 und 9 liegt, und (c) Entfernen des flüssigen Trägers aus der bioaktiven Keramikbeschichtung, um einen modifizierten implantierbaren Artikel mit einer bioaktiven Keramikbeschichtung zu erhalten, in die das biologische Mittel eingebracht ist. Ein anderes Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen eines implantierbaren Artikels, der ein biokompatibles Substrat mit einer bioaktiven Keramikbeschichtung auf mindestens einem Abschnitt der Oberfläche des biokompatiblen Substrats aufweist, wobei die bioaktive Keramikbeschichtung kohlensäurehaltiges Apatit einer ersten Morphologie aufweist, (b) Inkubieren mindestens eines Abschnitts der bioaktiven Keramikbeschichtung mit einer Verbindung, die (i) ein biologisches Mittel, (ii) Kalziumionen in einer Konzentration von 1 mM bis 10 mM, (iii) Phosphationen in einer Konzentration von 1 mM bis 10 mM und (iv) einen flüssigen Träger umfasst, wobei der pH-Wert der Verbindung zwischen 3,5 und 9 liegt, und (c) Entfernen des flüssigen Trägers aus der bioaktiven Keramikbeschichtung, um einen modifizierten implantierbaren Artikel mit einer bioaktiven Keramikbeschichtung zu erhalten, in die das biologische Mittel eingebracht ist, wobei die bioaktive Keramikbeschichtung des modifizierten implantierbaren Artikels (i) eine zweite Morphologie aufweist, die sich von der ersten Morphologie unterscheidet und (ii) kein Hydroxylapatit aufweist. Die modifizierten implantierbaren Artikel, die sich aus einem dieser beiden Verfahren ergeben, werden ebenfalls bereitgestellt.
Die Erfindung stellt einen implantierbaren Artikel, ein Verfahren zum Präparieren eines implantierbaren Artikels und Verfahren zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels bereit. Der implantierbare Artikel umfasst ein biokompatibles Substrat und eine bioaktive Keramikbeschichtung, die auf mindestens einem Abschnitt der Oberfläche des biokompatiblen Substrats entweder geschaffen oder modifiziert wird, so dass ein biologisches Mittel in die Keramikbeschichtung eingebracht ist.
Die Erfindung stellt einen implantierbaren Artikel bereit, der (i) ein biokompatibles Substrat und (ii) eine bioaktive Oberflächenbeschichtung umfasst, die chemisch an eine Substratoberfläche über mindestens einen Abschnitt des Substrats gebunden ist. Die Beschichtung weist ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch absorbiertem Wasser auf. Die Beschichtung weist eine Kristalgröße kleiner als 1 μm und Poren kleiner als 1 μm im Durchmesser auf. In die Poren der Beschichtung ist ein biologisches Mittel eingebracht.
Die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Präparieren eines implantierbaren Artikels bereit. Das Verfahren umfasst das, besteht im Wesentlichen aus dem oder besteht aus dem (a) Bereitstellen eines biokompatiblen Substrats, (b) Inkubieren mindestens eines Abschnitts der Oberfläche des biokompatiblen Substrats mit einer Verbindung, die (i) ein biologisches Mittel, (ii) Kalziumionen in einer Konzentration von 1 mM bis 10 mM, (iii) Phosphationen in einer Konzentration von 1 mM bis 10 mM und (iv) einen flüssigen Träger umfasst, wobei der pH-Wert der Verbindung zwischen 3,5 und 9 liegt, und (c) Entfernen des flüssigen Trägers aus dem biokompatiblen Substrat, um einen implantierbaren Artikel mit einer bioaktiven Keramikbeschichtung zu erhalten, die chemisch an eine Substratoberfläche über mindestens einen Abschnitt des Substrats gebunden ist, wobei die Beschichtung ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch absorbiertem Wasser aufweist, wobei die Beschichtung eine Kristallgröße kleiner als 1 μm und Poren, die kleiner als 1 μm im Durchmesser sind, aufweist, und wobei ein biologisches Mittel in die Poren der Beschichtung eingebracht ist.
Die Erfindung stellt des Weiteren Verfahren zum Modifizieren eines implantierbaren Artikels sowie die anhand solcher Verfahren erhaltenen (oder bereitgestellten) modifizierten implantierbaren Artikel bereit. Diese Verfahren sind insbesondere zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels geeignet.
Der hier verwendete Begriff „implantierbarer Artikel" bezieht sich auf jedes Objekt oder jede Vorrichtung, das oder die in einen Körper eingeführt oder eingebettet oder auf einen Körper, oder auf einen beliebigen Teil desselben, aufgebracht werden kann und für die biomedizinische Verwendung vorgesehen ist. Der implantierbare Artikel kann beispielsweise ein Knochenersatz, eine Gelenkprothese, ein Zahnimplantat (Zahnersatz), ein Kiefer-/Gesichtsknochenimplantat, ein Wirbelchirurgiehilfsmittel, eine transkutane Vorrichtung (Stoma oder ähnliches) oder eine andere medizinische oder kosmetische Vorrichtung sein. Derartige implantierbare Artikel können als Knochenersatz oder als Knochenverstärkung dienen, sowie als Mittel zum Fixieren einer Vorrichtung an einem bestimmten Knochen.
Unter „biokompatibles Substrat" ist jedes Objekt oder jede Vorrichtung zu verstehen, die mit dem Körper kompatibel ist, in den das Objekt oder die Vorrichtung eingeführt oder eingebettet wird, oder mit dem Körper kompatibel ist, auf den das Objekt oder die Vorrichtung aufgebracht wird, so dass das Objekt oder die Vorrichtung keine unerwünschte Immunantwort im Körper auslöst. Das biokompatible Substrat kann jedes geeignete Material oder alle geeigneten Materialien umfassen, wie etwa Silizium, Metalle, Keramik oder Polymere. Biokompatible Metalle sind u. a. Titan, Tantal, Niob, Zirkonium und Legierungen derselben (z. B. Titanlegierungen und Tantallegierungen), sowie Kobalt-Chrom-Legierungen und rostfreier Stahl. Biokompatible Polymere können natürliche oder synthetische Polymere sein, wie etwa Polyethylen (z. B. Polyethylen mit einem ultrahohen Molekulargewicht oder Polyethylenoxid), Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyglykolsäure, Poly-Laktid-Säure, andere Polysaccharide und Kopolymere der genannten Stoffe (z. B. Kopolymere der Poly-Laktid-Säure und Polyglykolsäure). Es wird vorgezogen, dass das biokompatible Substrat ein biokompatibles Metall umfasst, im Wesentlichen aus einem solchen besteht oder aus einem solchen besteht. Noch weiter vorzuziehen ist es, dass das biokompatible Substrat Titan umfasst, im Wesentlichen aus Titan besteht oder aus Titan besteht. Das biokompatible Substrat kann jeder geeignete Abschnitt des implantierbaren Artikels sein, vorzugsweise ein Bestandteil einer Prothese (insbesondere einer Gelenkprothese).
Das biokompatible Substrat kann auf eine Vielzahl verschiedener Arten modifiziert werden, bevor es mit der bioaktiven Oberfläche oder Keramikbeschichtung beschichtet wird. Beispielsweise kann das biokompatible Substrat in Bezug auf die Oberflächenrauheit modifiziert werden, um die Haftung der bioaktiven Oberfläche oder Keramikbeschichtung auf dem biokompatiblen Substrat zu erleichtern oder ermöglichen. Verfahren zum Modifizieren der Oberflächenrauheit eines biokompatiblen Substrats sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Säureätzen und Sandstrahlen. Das biokompatible Substrat durchläuft in der Regel einen Reinigungsprozess (z. B. nach dem Modifizieren der Oberflächenrauheit), wie etwa Ultraschallreinigung. Derartige Reinigungsprozesse sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Vorzugsweise wird das biokompatible Substrat sandgestrahlt und anschließend ultraschallgereinigt.
Die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung bedeckt mindestens einen Abschnitt des biokompatiblen Substrats und kann die gesamte Oberfläche des biokompatiblen Substrats bedecken. Unter „bioaktiv" versteht man hier die Fähigkeit zu haben, eine lokale Gewebeaktivität zu bewirken, beispielsweise durch die Verbesserung der lokalen Knochenbildung oder durch Verhinderung des Auftretens und der Proliferation von Mikrobenspezies. Die bioaktive Oberflächenbeschichtung wird in der Regel eine Keramikbeschichtung sein, d. h. eine Beschichtung, die vorwiegend aus keramischem Werkstoff oder keramischen Werkstoffen besteht. Die bioaktive Keramikbeschichtung kann jeden beliebigen geeigneten keramischen Werkstoff bzw. Werkstoffe umfassen, im Wesentlichen aus diesem/diesen bestehen oder aus diesem diesen bestehen. Geeignete keramische Werkstoffe sind u. a. Kalziumphosphat, Aluminiumoxid, Bioglas und Verbundwerkstoffe, die eines oder mehrere der Folgenden enthalten: biologisch abbaubares Alkalimetallsalz, Erdalkalimetallsalz oder Übergangsmetallsalz. Bevorzugte keramische Werkstoffe sind Werkstoffe, die Kalzium und Phosphat enthalten, wie etwa Apatit, kohlensäurehaltiges Apatit, kohlensäurehaltiges Hydroxylapatit, Trikalziumphosphat, Oktakalziumphosphat und Beta-Trikalziumphosphat.
Die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung kann mehrere (d. h. zwei oder mehr) Schichten umfassen, die gleich oder unterschiedlich sein können. Die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung kann jede geeignete Dicke aufweisen. Es ist wünschenswert, dass die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eine Dicke von 0,005 μm oder mehr aufweist (z. B. 0,01 μm oder mehr, 0,1 μm oder mehr oder 0,2 μm oder mehr). Es ist wünschenswert, dass die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eine Dicke von 50 μm oder weniger aufweist (z. B. 30 μm oder weniger, 20 μm oder weniger, 10 μm oder weniger oder 5 μm oder weniger).
Die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung kann beliebige Bestandteile, Substanzen und chemische Gruppen und Ionen enthalten. Vorzugsweise enthält die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eine oder mehrere Substanzen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Natrium, Kalzium, Magnesium, Sulfat, Silikat, Chlorid und Mischungen derselben besteht. Die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung kann jedes geeignete Verhältnis von Bestandteilen, Substanzen und chemischen Gruppen und Ionen aufweisen. Vorzugsweise enthält die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung Karbonatgruppen und Phosphatgruppen. Ist dies der Fall, dann weist die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung möglichst ein Molverhältnis der Karbonatgruppen zu den Phosphatgruppen von 1:100 bis 1:3 auf. Die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung enthält außerdem vorzugsweise Magnesium. Falls die Beschichtung sowohl Magnesium als auch Kalzium enthält, liegt das Atomverhältnis von Magnesium zu Kalzium in der bioaktiven Oberfläche oder Keramikbeschichtung zwischen 1:5000 und 1:4 (z. B. zwischen 1:2500 und 1:4, zwischen 1:1000 und 1:5, zwischen 1:500 und 1:5, zwischen 1:100 und 1:4, zwischen 1:50 und 1:10 oder zwischen 1:30 und 10).
Geeignete biokompatible Substrate und geeignete bioaktive Oberflächen- and Keramikbeschichtungen sowie implantierbare Artikel sind in US-6139585 und US-6143948 beschrieben.
Vorzugsweise ist die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eine nanoporöse Keramikbeschichtung. Unter dem hier verwendeten Begriff „nanoporös" ist zu verstehen, dass die Beschichtung Poren aufweist, die kleiner als 1 μm im Durchmesser sind. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung nanokristallin ist. Unter dem hier verwendeten Begriff „nanokristallin" ist zu verstehen, dass die Kristallgröße weniger als 1 μm beträgt. Ein kommerzieller Anbieter von nanoporösen, nanokristallinen keramikbeschichteten implantierbaren Artikeln ist DePuy Orthopaedics, Inc. (Warsaw, IN).
Die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung ist vorzugsweise chemisch an die Oberfläche des biokompatiblen Substrats gebunden. Die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung weist vorzugsweise ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch absorbiertem Wasser auf, wobei die Beschichtung eine Kristallgröße von weniger als 1 μm und Poren kleiner als 1 μm im Durchmesser aufweist. Der hier verwendete Ausdruck „kein Hydroxyl enthält" bezieht sich auf das Fehlen von Hydroxylgruppen (OH-Gruppen). Der Begriff „kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineral" bezeichnet eine Substanz, die ähnlich oder gleich ist wie Knochen und Karbonat, Kalzium und Phosphationen enthält. Der hier verwendete Begriff „Apatit" bezeichnet ein beliebiges Mineral aus einer Gruppe von Kalziumphosphatmineralien, die entweder als hexagonale Kristalle, als grobkörnige Massen oder als feinkörnige Massen vorkommen.
Der Begriff „biologisches Mittel" bezeichnet jedes natürlich vorkommende oder synthetische Mittel, das eine biologische Wirkung hat. Geeignete biologische Mittel sind u. a. Proteine, Lipide, (Lipo-)Polysaccharide, Wachstumsfaktoren, Zytostatika, Hormone, Antibiotika, antiinfektiöse. Mittel, antiallergene Mittel, entzündungshemmende Mittel, Gestagene, humorale Mittel, Antipyretika und Ernährungsmittel. Vorzugsweise ist das biologische Mittel eine osteoinduktive Substanz, osteokonduktive Substanz oder eine sowohl osteoinduktive als auch osteokonduktive Substanz. Der hier verwendete Begriff „osteoinduktiv" bezeichnet ein Mittel, das die Mitogenese undifferenzierter perivaskulärer Mesenchymzellen fördert, was zur Bildung von Osteoprogenitor-Zellen führt, die in der Lage sind, neue Knochen zu bilden. Unter dem hier verwendeten Begriff „osteokonduktiv" versteht man die Förderung des Eindringens von Blutgefäßen und Knochenneubildung in eine bestimmte, passive Leitstruktur. Mit anderen Worten bezieht sich der Begriff „osteokonduktiv" in der Regel auf Faktoren, die eine günstige Umgebung für neues Knochenwachstum und Apposition schaffen, während „osteoinduktiv" sich in der Regel auf Faktoren bezieht, die das neue Knochenwachstum entweder direkt oder indirekt stimulieren. Der hier verwendete Begriff „Apposition" bezeichnet die Knochenbildung direkt auf der bioaktiven Oberfläche. Das biologische Mittel, das osteoinduktiv, osteokonduktiv oder beides ist, ist vorzugsweise ein Protein. Osteoinduktive Proteine sind dem Fachmann bekannt und umfassen u. a. beispielsweise Bone Morphogenic Protein (BMP) und Osteogenic Protein-1 (OP-1; BMP-7). Osteokonduktive Proteine sind dem Fachmann ebenfalls bekannt und umfassen u. a. beispielsweise extrazelluläre Matrixproteine, wie etwa Kollagen, antimikrobielle und entzündungshemmende Proteine und Blutgerinnungsfaktoren. Zu den Proteinen, die sowohl osteoinduktiv als auch osteokonduktiv sind, gehören u. a. beispielsweise BMP und OP-1. Vorzugsweise ist das Protein ein nichtkollagenes Knochenprotein, wobei der Begriff „nichtkollagen" bedeutet, dass es sich nicht um ein Kollagen handelt. Zu den nichtkollagenen Knochenproteinen gehören u. a. beispielsweise Osteonectin, Osteopontin, Osteocalcin und Knochen-Sialoprotein. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass das Protein ein Wachstumsfaktor ist, wie etwa Fibroblast Growth Factor (FGF), Transforming Growth Factor-β. (TGF-β), Platelet-Derived Growth Factor (PDGF), Insulin Growth Factor (IGF) und Mitglieder der Familiengruppen der genannten Wachstumsfaktoren. Zu den geeigneten biologischen Mitteln gehören u. a. auch Antibiotika, wie etwa Vancomycin, Penicillin, Tetracyclin, Chlortetracyclin, Bacitracin, Nystatin, Streptomycin, Neomycin, Polymyxin, Gramicidin, Oxytetracyclin, Chloramphenicol und Erythromycin.
Die zur Bildung der bioaktiven Oberflächen- oder Keramikbeschichtung auf einem biokompatiblen Substrat verwendete Verbindung, in die ein biologisches Mittel eingebracht ist (wobei diese Beschichtung entweder hergestellt oder eine vorhandene Beschichtung modifiziert wird), umfasst (i) ein biologisches Mittel, (ii) Kalziumionen, (iii) Phosphationen und (iv) einen flüssigen Träger. Die Begriffe „Kalziumionen" und „Phosphationen" bezeichnen Ionen, die Kalzium bzw. die Phosphatgruppe beinhalten. Die Ionen können in Bezug auf die Ladung beispielsweise einwertig, zweiwertig oder dreiwertig sein. Die Kalziumionen sind vorzugsweise zweiwertig, d. h. Ca²⁺. Die Phosphationen sind vorzugsweise PO₄ ^3–, HPO₄ ^2– oder H₂PO₄ ^–. Die Konzentrationen der Kalziumionen und der Phosphationen sind voneinander unabhängig, d. h. die Konzentrationen können gleich oder unterschiedlich sein. Die Konzentration der Kalziumionen und der Phosphationen in der Verbindung des ersten Verfahrens zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels wie hier beschrieben beträgt jeweils 0,01 mM bis 1 mM. Vorzugsweise liegt die Konzentration jeweils bei 0,5 mM oder darunter. Noch bevorzugter ist eine Konzentration, die jeweils bei 0,2 mM oder darunter liegt. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die Konzentration sowohl der Kalziumionen als auch der Phosphationen 0,05 mM oder mehr beträgt. Die Konzentration der Kalziumionen und der Phosphationen in der Verbindung des zweiten Verfahrens zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels wie hier beschrieben beträgt jeweils 1 mM bis 10 mM. Vorzugsweise liegt die Konzentration jeweils bei 1 mM bis 5 mM. Noch bevorzugter ist eine Konzentration der Kalziumionen, die zwischen 2 mM und 3 mM liegt, während die noch bevorzugtere Konzentration der Phosphationen zwischen 3 mM und 4 mM liegt.
Die Verbindung kann des Weiteren zusätzliche Bestandteile, Substanzen und chemische Gruppen und Ionen enthalten. Beispielsweise kann die Verbindung des Weiteren eine oder mehrere Substanzen enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die Natrium, Kalium, Magnesium, Silikat, Chlorid, SO₄ ^2–, Tris(hydroxymethyl)aminomethan und Mischungen derselben umfasst.
Der flüssige Träger kann jede geeignete wässrige oder nicht wässrige Flüssigkeit sein, in der mindestens Kalziumionen, Phosphationen und das biologische Mittel suspendiert oder aufgelöst sein können, um die Einführung dieser Bestandteile auf das biokompatible Substrat und/oder die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung zu ermöglichen. Geeignete flüssige Träger sind u. a. Wasser, Tris-gepufferte Kochsalzlösung, phosphat-gepufferte Kochsalzlösung u. Ä. Der flüssige Träger ist vorzugsweise ein physiologisch kompatibler Träger, noch weiter vorzuziehen ist Wasser (z. B. gereinigtes oder sterilisiertes Wasser).
Der pH-Wert der Verbindung, die zum Bilden der bioaktiven Oberflächen- oder Keramikbeschichtung verwendet wird, liegt zwischen 3,5 und 9. Vorzugsweise liegt der pH-Wert zwischen 5 und 8,5. Noch weiter vorzuziehen ist ein pH-Wert zwischen 6,5 und 8.
Die Inkubationszeit mit der Verbindung gemäß dem Verfahren der Erfindung beträgt in der Regel 30 Minuten oder mehr. Geeignete Inkubationszeiten sind u. a. 1 Stunde oder mehr, 5 Stunden oder mehr, 10 Stunden oder mehr, 24 Stunden oder mehr, 48 Stunden oder mehr, 72 Stunden oder mehr, and 100 Stunden oder mehr. Die Inkubationszeit der Beschichtung beträgt vorzugsweise 12 Stunden oder mehr. Noch weiter vorzuziehen ist eine Inkubationszeit von 24 Stunden oder mehr. Die bevorzugteste Inkubationszeit beträgt 72 Stunden oder mehr. Im Allgemeinen werden durch längere Inkubationszeiten größere Konzentrationen des biologischen Mittels, das in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebracht wird, bereitgestellt.
Die Temperatur, bei der die Inkubation mit der Verbindung stattfindet, kann jede geeignete Temperatur sein. Die Inkubationstemperatur beträgt in der Regel 20 °C bis etwa die Temperatur, bei der das biologische Mittel inaktiviert oder denaturiert ist. Die Temperatur, bei der das biologische Mittel inaktiviert oder denaturiert ist, hängt von dem jeweiligen biologischen Mittel ab. Falls das biologische Mittel ein Protein ist, erfolgt die Inaktivierung oder Denaturierung im Allgemeinen bei einer Temperatur von 65 °C. Entsprechend liegt die bevorzugte Inkubationstemperatur zwischen 30 °C und 50 °C. Eine noch bevorzugtere Inkubationstemperatur ist 37 °C.
In dem Verfahren der Erfindung kann der flüssige Träger anhand eines beliebigen geeigneten Verfahrens aus dem biokompatiblen Substrat und/oder aus der bioaktiven Oberflächen- oder Keramikbeschichtung entfernt werden. In der Regel wird der flüssige Träger durch Trocknen bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der das biologische Mittel inaktiviert oder denaturiert ist, entfernt. Wie oben bereits erwähnt, richtet sich diese Temperatur nach dem Wesen des biologischen Mittels. Als Trockenverfahren kann Gefriertrocknung verwendet werden (so lange die Temperatur und die Gefriertrocknung an sich keine ungünstigen Auswirkungen auf das biologische Mittel oder auf das biokompatible Substrat und/oder die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung hat). Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei einer höheren Temperatur zu trocknen, z. B. bei einer Temperatur von 20 °C oder mehr, aber trotzdem unterhalb der Temperatur, bei der das biologische Mittel inaktiviert oder denaturiert ist. Es ist wünschenswert, dass die Trockentemperatur zwischen 20°C und 50°C liegt (z. B. zwischen 30°C und 50°C).
Der flüssige Träger kann auch durch Spülen des biokompatiblen Substrats und/oder der bioaktiven Oberflächen- oder Keramikbeschichtung mit einer geeigneten Flüssigkeit, insbesondere einer wässrigen Lösung, und anschließendem Trocknen der Keramikbeschichtung wie oben beschrieben entfernt werden. Eine bevorzugte Spülflüssigkeit ist Wasser (z. B. gereinigtes oder sterilisiertes Wasser).
Eventuell ist es nicht nötig, den gesamten flüssigen Träger aus dem biokompatiblen Substrat und/oder aus der Keramikbeschichtung zu entfernen. Vorzugsweise wird allerdings der flüssige Träger vollständig oder zumindest im Wesentlichen vollständig aus dem biokompatiblen Substrat und/oder der bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung entfernt.
Das biologische Mittel wird in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebracht. Unter „eingebracht" ist zu verstehen, dass das biologische Mittel chemisch und/oder elektrostatisch an die Keramikbeschichtung gebunden, mechanisch an dieser fixiert und/oder in der Keramikbeschichtung imprägniert oder eingeschlossen wird. Das biologische Mittel kann ebenfalls an der bioaktiven Oberfläche oder der Oberfläche der Keramikbeschichtung gebunden oder an dieser fixiert sein.
Das biologische Mittel kann in jeder geeigneten Konzentration in der bioaktiven Oberflächen- oder Keramikbeschichtung enthalten sein. Vorzugsweise beträgt die Konzentration des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels mindestens 0,001 ng biologisches Mittel pro mg Beschichtung, wenn das biologische Mittel ein Wachstumsfaktor ist. Noch weiter vorzuziehen ist es, dass die Konzentration des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels mindestens 0,01 ng pro mg Beschichtung beträgt. Die bevorzugteste Konzentration des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels beträgt mindestens 0,1 ng biologisches Mittel pro mg Beschichtung (z. B. mindestens 1 ng biologisches Mittel pro mg Beschichtung, oder mindestens 10 ng biologisches Mittel pro mg Beschichtung). Vorzugsweise beträgt die Konzentration des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels 1 μg pro mg Beschichtung, wenn das biologische Mittel ein Antibiotikum oder ein Protein ist, das kein Wachstumsfaktor ist. Noch weiter vorzuziehen ist es, dass die Konzentration des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels 10 μg pro mg Beschichtung beträgt, wenn das biologische Mittel ein Antibiotikum oder ein Protein ist, das kein Wachstumsfaktor ist. Die bevorzugteste Konzentration des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels beträgt 100 μg pro mg Beschichtung, wenn das biologische Mittel ein Antibiotikum oder ein Protein ist, das kein Wachstumsfaktor ist.
Die Gesamtmenge des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels kann jede beliebige geeignete Menge sein. Vorzugsweise beträgt die Gesamtmenge des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels mindestens 1 ng, wenn das biologische Mittel ein Wachstumsfaktor ist. Noch weiter vorzuziehen ist es, dass die Gesamtmenge des in die Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels mindestens 10 ng beträgt, wenn das biologische Mittel ein Wachstumsfaktor ist. Die bevorzugteste Gesamtmenge des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels beträgt mindestens 100 ng, wenn das biologische Mittel ein Wachstumsfaktor ist. Vorzugsweise beträgt die Gesamtmenge des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels mindestens 1 μg, wenn das biologische Mittel ein Antibiotikum oder ein Protein ist, das kein Wachstumsfaktor ist. Noch weiter vorzuziehen ist es, dass die Gesamtmenge des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels mindestens 10 μg beträgt, wenn das biologische Mittel ein Antibiotikum oder ein Protein ist, das kein Wachstumsfaktor ist. Die bevorzugteste Gesamtmenge des in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels beträgt mindestens 100 μg, wenn das biologische Mittel ein Antibiotikum oder ein Protein ist, das kein Wachstumsfaktor ist.
Die Verfahren zur Bestimmung der Konzentration eines in die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung eingebrachten biologischen Mittels sind dem Fachmann bekannt. Zu den geeigneten Verfahren gehört u. a. das BCA-Protein-Assay (Bicinchnoinic Acid), das in den Beispielen der vorliegenden Patentanmeldung weiter beschrieben ist. Ein kommerzieller Anbieter eines zur Bestimmung der Konzentration eines biologischen Mittels geeigneten BCA-Kits ist Pierce Inc. (Rockford, IL).
Das Verfahren der Erfindung zum Präparieren eines implantierbaren Artikels ergibt einen implantierbaren Artikel mit einer bioaktiven Oberflächen- oder Keramikbeschichtung, die chemisch an eine Substratoberfläche über mindestens einen Abschnitt des Substrats gebunden ist, wobei die Beschichtung ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch absorbiertem Wasser aufweist, wobei die Beschichtung eine Kristallgröße kleiner als 1 μm und Poren, die kleiner als 1 μm im Durchmesser sind, aufweist und wobei ein biologisches Mittel in die Poren der Beschichtung eingebracht ist.
In dem ersten Verfahren der Erfindung zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels weist der sich daraus ergebende modifizierte implantierbare Artikel ein kohlensäurehaltiges Hydroxylapatit auf, wenn die Keramikbeschichtung auf dem biokompatiblen Substrat des implantierbaren Artikels wie ursprünglich bereitgestellt (d. h. bereitgestellt in Schritt (a) wie oben beschrieben) eine nanoporöse, nanokristalline Keramikbeschichtung ist, die kohlensäurehaltiges Apatit aufweist. In dem zweiten Verfahren der Erfindung zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels zeichnet sich der sich daraus ergebende modifizierte implantierbare Artikel dadurch aus, dass er eine zweite Morphologie aufweist, die sich von der ersten Morphologie der Keramikbeschichtung des implantierbaren Artikels wie ursprünglich bereitgestellt (d. h. bereitgestellt in Schritt (a) wie oben beschrieben) unterscheidet. Mit anderen Worten ergibt das hier beschriebene zweite Verfahren zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels einen modifizierten implantierbaren Artikel mit einer Morphologie, die sich von der Morphologie der kohlensäurehaltigen Apatitbeschichtung auf dem biokompatiblen Substrat, wie urspünglich bereitgestellt (d. h. bereitgestellt in Schritt (a) wie oben beschrieben), unterscheidet. Die Verfahren zum Analysieren der Morphologie und der Struktur von Keramikbeschichtungen sind dem Fachmann bekannt. Geeignete Verfahren sind u. a. die Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spektroskopie, Röntgen-Diffraktions- (XRD) Kristallographie, Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Reverse-Phase High Performance Liquid Chromatography (RP-HPLC). Der modifizierte implantierbare Artikel, der sich aus dem hier beschriebenen zweiten Verfahren zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels ergibt, weist nicht nur eine unterschiedliche Morphologie auf, sondern zeichnet sich des Weiteren durch einen Mangel an Hydroxylgruppen aus. In dieser Hinsicht weist die Keramikbeschichtung kein Hydroxylapatit auf.
Die Verfahren der Erfindung zum Präparieren und Modifizieren eines implantierbaren Artikels kann weitere Schritte einschließen. Beispielsweise können die Verfahren der Erfindung nach dem Inkubationsschritt (d. h. nach Schritt (b) wie oben beschrieben), außerdem einen weiteren Inkubationsschritt mit einer zweiten Verbindung umfassen, die einen flüssigen Träger und eines oder mehrere der Folgenden enthält: (i) Kalziumionen, (ii) Phosphationen und (iii) ein biologisches Mittel (z. B. eine zweite Verbindung, die kein biologisches Mittel enthält oder die ein anderes biologisches Mittel als das in der ersten Verbindung verwendete enthält). Im Wesentlichen kann das biokompatible Substrat und/oder die bioaktive Oberflächen- oder Keramikbeschichtung mit einer Vielzahl verschiedener Verbindungen inkubiert werden. Solche weiteren Verbindungen können gleich oder anders sein im Hinblick beispielsweise auf das Vorhandensein, Fehlen oder die Konzentration des biologischen Mittels, das Vorhandensein, Fehlen oder die Konzentration eines anderen biologischen Mittels und/oder die Konzentration oder die Typen von Phosphationen oder Kalziumionen. In dieser Hinsicht kann das Verfahren der Erfindung weiterhin auch Inkubationsschritte umfassen, die sich von den oben beschriebenen Inkubationsschritten (d. h. Schritt (b) wie oben beschrieben) im Hinblick auf das bestimmte biologische Mittel, das in der Verbindung verwendet wird, die Anzahl der Elemente (oder Bestandteile), aus denen sich die Verbindung zusammensetzt, die Konzentration der einzelnen Elemente (oder Bestandteile) der Verbindung, den pH-Wert der Verbindung, die Inkubationszeit und/oder die Temperatur, bei der die Inkubation stattfindet, unterscheiden.
Der implantierbare Artikel kann in jedes geeignete Säugetier implantiert werden, und die Erfindung betrachtet solch ein Verfahren zur Verwendung der hier beschriebenen implantierbaren Artikel. Geeignete Säugetiere sind u. a., sind aber nicht beschränkt auf, die Ordnung Rodentia, wie etwa Mäuse, und die Ordnung Logomorpha, wie etwa Kaninchen. Vorzugsweise gehören die Säugetiere der Ordnung Carnivora (Raubtiere) an, einschließlich Felidae (Katzen) und Caninae (Hunde). Noch weiter vorzuziehen ist es, dass die Säugetiere der Ordnung Artiodactyla (Paarhufer) angehören, einschließlich Bovinae (Rinder) und Suinae (Schweine), oder der Ordnung Perissodactyla (Unpaarhufer), einschließlich Equinae (Pferde). Am meisten vorzuziehen ist es, dass die Säugetiere der Ordnung der Primates, Ceboidea oder Simoidea (Affen) oder der Ordnung Anthropoidea (Menschen und Menschenaffen). Ein besonders bevorzugtes Säugetier ist der Mensch.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung.
BEISPIEL 1
Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels.
Ein nanoporöser nanokristalliner kohlensäurehaltiger Apatitschicht wurde auf Titanscheiben mit einem Durchmesser von 25,2 mm und einer Dicke von 3 mm gebildet. Alpha Calf Fraction (HyClone Inc., Logan, UT; Kalziumkonzentration < 0,25 mM; Phosphatkonzentration < 0,16 mM) gemischt mit 0,02%igem Natriumazid wurde mit 1 N HCl auf einen pH-Wert von 6,9 eingestellt. Diese Lösung wurde in 118,3-ml-Glasflaschen aliquotiert (100 ml pro Aliquote). Kohlensäurehaltige, apatitbeschichtete und unbeschichtete Scheiben (Kontrollen) wurden dazugegeben (jeweils eine Scheibe pro Flasche), fest mit Deckel verschlossen und bei 37 °C in einem befeuchteten Inkubator inkubiert. Die Scheiben wurden nach 15, 23 oder 94 Stunden aus dem Inkubator entnommen, gründlich mit H₂O gespült und bei Raumtemperatur getrocknet.
Beim Inkubieren mit der Alpha Calf Fraction Lösung wurde das kohlensäurehaltige Apatit in kohlensäurehaltiges Hydroxylapatit umgewandelt. Dies ist sichtbar aufgrund des OH-Gipfels bei 3568 cm^–1 auf den Fourier Transform-Infrared (FT-IR) Spektren. Röntgen-Diffraktions- (XRD) und Rasterelektronenmikroskopie(REM)-Analysen zeigten, dass das kohlensäurehaltige Hydroxylapatit eine größere Kristallgröße aufwies sowie eine Morphologie zeigte, die sich von der des kohlensäurehaltigen Apatits unterschied. Die im Bereich von 2874 cm^–1 bis 2962 cm^–1 festgestellten Gipfel sowie die im Bereich von 1538 cm^–1 bis 3307 cm^–1 festgestellten Gipfel lassen vermuten, dass Protein in die Apatitschicht eingebracht war. Diese Vermutung wird noch weiter durch die EDS-Analyse (Energy Dispersive X-ray Spektroskopieanalyse) unterstützt, die zeigte, dass die Beschichtung nach dem Inkubieren in der Alpha Calf Fraction Lösung Schwefel und eine sehr viel höhere Kohenstoffkonzentration aufwies. Diese Ergebnisse weisen die Umwandlung einer nanoporösen Apatitbeschichtung in eine aus kohlensäurehaltigem Hydroxylapatit bestehende Beschichtung nach, in die Proteine eingebracht sind.
Die gesamte, in die Hydroxylapatitbeschichtung eingebrachte Proteinmenge wurde mittels BCA-Protein-Assay (Bicinchnoinic Acid) ermittelt (Pierce Inc., Rockford, IL). Zuerst wurde das Protein, das sich nach dem Inkubieren in der Beschichtung befand, gesammelt, indem die Beschichtung mit 50 mM Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) aufgelöst wurde. Die unbeschichteten Scheiben wurden in 10%igem Natriumdodecylsulfat (SDS) eingeweicht und in Wasser gekocht, um alle eventuell absorbierten Proteine zu gewinnen. Die Menge an Gesamtprotein für jede Probe wurde mit einer Kalibrationskurve auf der Grundlage von Rinderserumalbumin (BSA)-Standards unter Verwendung eines ELX8081U Ultramikroplattenlesegeräts (Bio-Tek Instruments Inc., Winooski, VT) ermittelt. Die Ergebnisse aus dem BCA-Assay zeigen einen mit zunehmender Inkubationszeit zunehmenden Anstieg des Gesamtproteins in der Beschichtung. Im Einzelnen betrug die bei 15-, 23- und 94-stündiger Inkubation absorbierte Proteinmenge 30,68 μg/cm², 41,54 μg/cm² bzw. 55,08 μg/cm². Bei den unbeschichteten Kontrollscheiben wurde diese Proteinabsorption nicht nachgewiesen. Diese Ergebnisse stimmen mit den FT-IR-Spektren überein, die intensive Gipfel bei 1538 cm^–1, 2962 cm^–1 und 3307 cm^–1 zeigen.
Zur Charakterisierung der in die Beschichtung eingebrachten Proteine wurde eine SDS-PAGE-Elektrophorese (Natriumdodecylsulfatpolyacrylamid-Gel-Elektrophorese) durchgeführt. Die Proteinproben wurden mit 70%igem Ethanol ausgefällt, zentrifugiert, gesammelt, mit Probenpuffer gemischt und in kochendem H₂O denaturiert. Dann wurden äquivalente Mengen dieser Proben (20 μl) geladen und mit einem 4–15%igen Tris-HCl-Gel getrennt. Die Bänder wurden mittels Coomassie-Blue-Färbung sichtbar gemacht. Die gefärbten Gels bestätigten die Ergebnisse des BCA-Assays, dass Proteine in der Hydroxylapatitbeschichtung vorlagen. Die Färbemuster waren für alle Zeitpunkte ähnlich, aber die Intensität jedes Bands nahm mit der Zeit zu. Die Bänder wiesen darauf hin, dass Proteine mit einem Molekulargewicht von 120 kD, 66 kD, 42 kD, 31 kD, 20 kD und 18 kD in der Beschichtung vorlagen. Die Proteine mit einem Molekulargewicht von 42 kD, 31 kD, 20 kD und 18 kD lagen in höheren Mengen vor, da die Bändern an diesen Positionen auf dem Gel intensiver waren als die Bänder der Proteine mit einem Molekulargewicht von 120 kD und 66 kD. Das Protein mit einem Molekulargewicht von 66 kD ist wahrscheinlich Albumin. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass spezifische Proteine selektiv aus der Alpha Calf Fraction Lösung aufgenommen werden.
Dieses Beispiel zeigte ein Verfahren zum Modifizieren eines kohlensäurehaltigen apatitbeschichteten Substrats mittels Inkubation des Substrats in einer Lösung, die ein Protein und verhältnismäßig geringe Konzentrationen von Kalziumionen und Phosphationen enthielt, zur Bildung eines Subtrats mit einer Beschichtung, die kohlensäurehaltiges Hydroxylapatit und Proteine umfasste.
BEISPIEL 2
Dieses Beispiel zeigt ein weiteres Verfahren zum Modifizieren einer mit kohlensäurehaltigem Apatit beschichteten Scheibe.
Titanscheiben mit einem Durchmesser von 25,2 mm und einer Dicke von 3 mm wurden sandgestrahlt, ultraschallgereinigt und mit einer nanoporösen, nanokristallinen kohlensäurehaltigen Apatitbeschichtung beschichtet. Apatitbeschichtete und unbeschichtete Scheiben wurden jeweils 68 Stunden lang bei 37 °C in Kälberserum, das 2,725 mM Kalziumionen und 3,226 mM Phosphationen (pH-Wert 7,3; 100 ml) enthielt, inkubiert. Nach dem Inkubieren wurden die Proben gründlich mit anhand Umkehrosmose (UO) gereinigtem H₂O gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet.
Ein Röntgendiffraktionsmuster der kohlensäurehaltigen Apatitbeschichtung vor und nach der Inkubation mit Kälberserum zeigte eine zunehmende Intensität der Diffraktionsgipfel von Apatit und eine abnehmende Stärke der Diffraktionsgipfel des Titansubstrats, was darauf hinweist, dass neues Apatit auf der Apatitschicht gebildet wurde. Dies stimmte mit den Ergebnissen der FT-IR-Spektren der kohlensäurehaltigen Apatitbeschichtung vor und nach der Inkubation mit dem Kälberserum überein, die eine zunehmende Intensität der Karbonat- sowie der Phosphatbänder nach dem Einweichen im Kälberserum zeigten. Diese Ergebnisse belegen das Wachstum von neuem Apatit aus Serum auf der Apatitoberfläche. Das Fehlen eines Gipfels bei 3563 cm^–1 zeigte, dass es sich bei der neu gebildeten Apatitschicht nicht um Hydroxylapatit handelte. Das Vorliegen von Proteinen in der neu gebildeten Apatitschicht wird durch den Gipfel bei etwa 1540 cm^–1 angezeigt. Dies wird durch die EDS-Analyse unterstützt, die zeigte, dass die Beschichtung nach dem Inkubieren der Scheibe mit der Kälberserumlösung eine wesentlich höhere Kohenstoffkonzentration aufwies. Das neu gebildete Apatit weist eine Morphologie auf, die sich von der Morphologie des Apatits, auf dem es gebildet wurde, unterscheidet; dies wurde durch rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (REM-Aufnahmen) der kohlensäurehaltigen Apatitbeschichtung vor und nach der Inkubation mit dem Kälberserum nachgewiesen. Auf der Oberfläche der unbeschichteten Kontrollproben wurde kein Apatit nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass das Vorliegen einer nanokristallinen kohlensäurehaltigen Apatitschicht auf der Scheibe vor dem Inkubieren mit Kälberserum wesentlich für die Bildung des neu gebildeten Apatits bei der Inkubation ist. Mittels BCA-Protein-Assay wurde ein durchschnittlicher Wert von 37 μg Protein pro cm² Beschichtung ermittelt. Demgegenüber betrug die Menge des von den unbeschichteten Kontrollscheiben absorbierten Proteins 0 μg. Das Muster des gefärbten SDS-PAGE-Geldurchlaufs auf beschichteten und unbeschichteten Kontrollscheiben belegte, dass in die Beschichtung Proteine mit einem Molekulargewicht von 92, 81, 75, 66, 41 und 27 kD eingebracht waren.
Dieses Beispiel zeigte ein Verfahren zum Modifizieren eines keramikbeschichteten Titansubstrats mittels Inkubation des Substrats mit einer Lösung, die ein Protein und verhältnismäßig höhere Konzentrationen von Kalziumionen und Phosphationen aufwies.
BEISPIEL 3
Dieses Beispiel zeigt, wie wichtig die Nanokristallinität und Nanoporosität von Beschichtungen im Hinblick auf das Einbringen von Proteinen in die Beschichtungen ist.
Hüftgelenkpfannen, die von DePuy Orthopaedics unter dem Warenzeichen Pinnacle Sector erhältlich sind, wurden mittels Plasmaspritzen oder biomimetisch für das Auftragen einer Hydroxylapatitbeschichtung präpariert. Pfannen, die weder mittels Plasmaspritzen noch biomimetisch präpariert wurden, dienten als Kontrollpfannen. Die Kontroll-, die mittels Plasmaspritzen und die biomimetisch präparierten Pfannen wurden jeweils 70 Stunden lang bei 37 °C in Kälberserum (100 ml) inkubiert. Nach dem Inkubieren wurden die Proben gründlich mit UO-gereinigtem H₂O gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet. Die Pfannen wurden über Nacht in 50 mM EDTA-Lösung eingetaucht. Die in den Lösungen vorhandenen Proteine wurden einem BCA-Gesamtprotein-Assay unterzogen und mittels SDS-PAGE und RP-HPLC (Reversedphase High Performance Liquid Chromatography) analysiert.
Die Ergebnisse des BCA-Protein-Assays zeigten, dass die Menge des von der mittels Plasmaspritzen aufgetragenen Beschichtung absorbierten Proteins 350 μg betrug, also die gleiche Proteinmenge, die von der unbeschichteten Pfanne absorbiert wurde. Die von der biomimetisch präparierten Beschichtung absorbierte Proteinmenge betrug 1100 μg. Die Zunahme in der Proteinabsorption ist wahrscheinlich teilweise auf die mikrostrukturellen Unterschiede zwischen den mittels Plasmaspritzen und biomimetisch präparierten Beschichtungen zurückzuführen. Wie durch die REM-Analyse deutlich wurde, war die mittels Plasmaspritzen aufgetragene Beschichtung dicht, die biomimetisch präparierte Beschichtung dagegen nanoporös und besaß eine sehr viel größere Oberfläche.
Das SDS-PAGE-Muster zeigte, dass Proteine in die auf der biomimetisch beschichteten Pfanne gebildeten Beschichtung eingebracht waren. Bemerkenswerterweise war neben der Absorption von Albumin (66 kDa), dem hauptsächlichen Protein im Serum, außerdem eine selektive Absorption von Proteinen mit einem Molekulargewicht von 30, 43 und 63 kD zu beobachten. Die HPLC-Ergebnisse bezüglich der in der Beschichtung auf der biomimetisch beschichteten Pfanne vorliegenden Proteine lieferten eine weitere Bestätigung der selektiven Absorption von Proteinen aus dem Kälberserum. Die bei 33,5 und 34% Acetonitril (ACN) eluierten Gipfel, die ursprünglich zwei sehr kleine Gipfel im Serum waren, wurden zur Mehrheit der in die Beschichtung auf der biomimetisch beschichteten Pfanne eingebrachten Proteine. Die drei stärksten Gipfel einschließlich Albumin im Serum schienen in der Beschichtung auf der biomimetisch beschichteten Pfanne in recht geringen Mengen vorzuliegen.
Dieses Beispiel zeigt die Bedeutung der Nanoporosität der Keramikbeschichtung für das Einbringen von Protein in die Keramikbeschichtung auf dem biokompatiblen Substrat.
BEISPIEL 4
Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikels.
Eine Reihe von biokompatiblen Substraten wurde in verschiedenen wässrigen Lösungen inkubiert, die 130 mM bis 200 mM Natriumionen, 3,5 bis 7 mM Kaliumionen, 0,05 mM bis 5,0 mM Magnesiumionen, 2 mM bis 10 mM Kalziumionen, 96 mM bis 250 mM Chloridionen, 1 mM bis 6 mM Phosphationen (HPO₄ ^2– + H₂PO₄ ^– + PO₄ ^3–), 0,05 mM bis 50 mM HCO^3–-Ionen, 0 mM bis 1 mM SO₄ ^2–Ionen und 1 mM bis 100 mM Tris(hydroxymethyl)aminomethan aufwiesen. Der pH-Wert der Lösungen bei 37 °C betrug 5 bis 9. Die biokompatiblen Substrate wurden in Reaktionsgefäße mit den verschiedenen Lösungen gegeben und 0,1 bis 7 Tage bei einer Temperatur zwischen 20 °C und 60°C inkubiert. Die Inkubation fand jeweils in einer Atmosphäre statt, die CO₂ und O₂ mit 0,001 bis 10 Molprozent CO₂ umfasste. Die Flussrate, mit der die Atmosphäre über die Lösungen lief, betrug 0 bis 10 Liter pro Minute für jeden Liter der Lösung. Anschließend wurden die biokompatiblen Substrate aus den Lösungen und den Reaktionsgefäßen entfernt.
Photomikroskopische REM-Aufnahmen der biokompatiblen Substrate zeigten, dass die Beschichtungen auf den biokompatiblen Substraten gleichförmig waren und alle Oberflächen der biokompatiblen Substrate, die den Lösungen ausgesetzt waren, bedeckten, einschließlich ausgesparte, hinterschnittene, flache, konkave, konvexe oder Oberflächen jeder beliebigen anderen Form oder Ausrichtung. Die Dicke der Beschichtung auf jedem biokompatiblen Substrat betrug 0,5–50 μm, und die Haftfestigkeit der Beschichtung am Substrat betrug über 30 Mpa. FT-IR-Spektren auf den Beschichtungen zeigten, dass die Beschichtungen aus einem Kalziumphosphatapatit bestanden, das Karbonatgruppen umfasste (Gipfel bei 1350 bis 1700 cm^–1). Chemische Analysen der in 0,002 N HCl aufgelösten Beschichtungen bestätigten, dass die Beschichtungen Knochenmineral ähnlich waren. Das Molverhältnis von Ca²⁺ zu PO^3– betrug etwa 1,3 bis 1,7. Das Molverhältnis von Ca²⁺ zu Mg²⁺ betrug bis zu 6,31. Das Molverhältnis von CO^2– zu PO₄ ^3– betrug 0,025 bis 0,25. EDS-Analysen (Energy Dispersive X-ray Spektroskopieanalysen) der biokompatiblen Substrate bestätigten, dass die Beschichtungen auf den Substraten Kalzium, Phosphat und Magnesium umfassten.
Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines implantierbaren Artikels, der (i) ein biokompatibles Substrat und (ii) eine bioaktive Oberflächenbeschichtung, die chemisch an eine Substratoberfläche über mindestens einen Abschnitt des Substrats gebunden ist, aufweist, wobei die Beschichtung ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch absorbiertem Wasser aufweist, wobei die die Beschichtung eine Kristallgröße von weniger als 1 μm und Poren kleiner als 1 μm im Durchmesser aufweist.

Claims

Verfahren zum Modifizieren eines keramikbeschichteten implantierbaren Artikel, wobei das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen eines implantierbaren Artikels, der ein biokompatibles Substrat mit einer bioaktiven Keramikbeschichtung auf mindestens einem Abschnitt der Oberfläche des biokompatiblen Substrats aufweist, wobei die Beschichtung ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch adsorbiertem Wasser aufweist, das eine Kristallgröße kleiner als 1 μm und Poren kleiner als 1 μm im Durchmesser aufweist, b) Inkubieren mindestens eines Abschnitts der bioaktiven Keramikbeschichtung mit einer Verbindung, die (i) ein biologisches Mittel, (ii) Kalziumionen, (iii) Phosphationen und (iv) einen flüssigen Träger umfasst, wobei der pH-Wert der Verbindung zwischen 3,5 und 9 liegt, und c) Entfernen des flüssigen Trägers aus der bioaktiven Keramikbeschichtung, um einen modifizierten implantierbaren Artikel mit einer bioaktiven Keramikbeschichtung zu erhalten, in die das biologische Mittel eingebracht ist, vorausgesetzt, daß entweder (A) die Konzentration der Kalziumionen in der Verbindung, die im Schritt (b) verwendet wird, 0,01 bis 1,0 mM beträgt und die Konzentration der Phosphationen in der Verbindung 0,01 bis 1,0 mM beträgt oder (B) die Konzentration der Kalziumionen in der Verbindung, die im Schritt (b) verwendet wird, 1,0 bis 10 mM beträgt und die Konzentration der Phosphationen in der Verbindung 1,0 bis 10 mM beträgt und, wenn die Bedingung (B) erfüllt ist, die bioaktive Keramikbeschichtung des modifizierten implantierbaren Artikels (i) eine zweite Morphologie aufweist, die sich von der ersten Morphologie unterscheidet, und (ii) kein Hydroxylapatit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Mittel eine osteoinduktive Substanz, eine osteokonduktive Substanz oder beides ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Mittel ein Protein ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Protein ein nicht kollagenes Protein ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Osteonectin, Osteopontin, Osteocalcin und Knochen-Sialoprotein besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Protein ein Wachstumsfaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Mittel ein Antibiotikum ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Kalziumionen 2 mM bis 3 mM beträgt und daß die Konzentration der Phosphationen 3 mM bis 4 mM beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bioaktive Keramikbeschichtung des implantierbaren Artikels, die im Schritt (a) bereitgestellt wird, mit der Verbindung für eine Zeitdauer von ca. 30 Minuten oder mehr bei einer Temperatur zwischen ca. 20°C und der Temperatur, beider das biologische Mittel inaktiviert oder denaturiert ist, inkubiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Träger aus der bioaktiven Keramikbeschichtung des implantierbaren Artikels durch Trocknen der bioaktiven Keramikbeschichtung bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der das biologische Mittel inaktiviert oder denaturiert ist, entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Träger aus der Keramikbeschichtung auf dem implantierbaren Artikel durch Spülen der bioaktiven Keramikbeschichtung mit einer wässrigen Lösung und nachfolgendes Trocknen der bioaktiven Keramikbeschichtung bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der das biologische Mittel inaktiviert oder denaturiert ist, entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des biologischen Mittels in der bioaktiven Keramikbeschichtung auf dem modifizierten implantierbaren Artikel mindestens 0,001 ng biologisches Mittel/mg Beschichtung beträgt.
Implantierbarer Artikel mit: i) einem biokompatiblen Substrat und ii) einer bioaktiven Oberflächenbeschichtung, die chemisch an eine Substratoberfläche über mindestens einen Abschnitt des Substrats gebunden ist, wobei die Beschichtung ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch adsorbiertem Wasser aufweist, wobei die Beschichtung eine Kristallgröße von weniger als 1 μm und Poren kleiner als 1 μm im Durchmesser aufweist und wobei ein biologisches Mittel in die Poren eingebracht ist.
Artikel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Dicke von 0,005 μm bis 50 μm aufweist.
Artikel nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung ein Molverhältnis der Karbonatgruppen zu den Phosphatgruppen von 1:100 bis 1:3 aufweist.
Artikel nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine oder mehrere Substanzen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Natrium, Kalzium, Magnesium, Sulfat, Silikat, Chlor und Mischungen derselben besteht.
Artikel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Magnesium und Kalzium enthält, und das Atomverhältnis von Magnesium und Kalzium in der Beschichtung zwischen 1:5000 und 1:4 liegt.
Artikel nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ausgewählt ist aus einer Gruppe, die aus Silizium, Metallen, Keramik und Polymeren besteht.
Artikel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Metall ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Titan, Titanlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen, Tantal, Tantallegierungen und rostfreiem Stahl besteht.
Artikel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Polymer ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyethylen mit einem ultrahohem Molekulargewicht (ultrahigh molecular weight polyethylene), Polyethylenoxid, Poly-Laktid-Säure, Polyglykolsäure und Copolymeren der Poly-Laktid-Säure und der Polyglykolsäure besteht.
Artikel nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Bestandteil einer Gelenkprothese ist.
Verfahren zum Präparieren eines Artikels, wie in einem der Ansprüche 12 bis 20 beansprucht, wobei das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen eines biokompatiblen Substrats, b) Inkubieren mindestens eines Abschnitts einer Oberfläche des biokompatiblen Substrats mit einer Verbindung, die (i) ein biologisches Mittel, (ii) Kalziumionen in einer Konzentration von 1 mM bis 10 mM, (iii) Phosphationen in einer Konzentration von 1 mM bis 10 mM und (iv) einen flüssigen Träger enthält, wobei der pH-Wert der Verbindung zwischen 3,5 und 9 liegt, und c) Entfernen des flüssigen Trägers aus dem biokompatiblen Substrat, um einen implantierbaren Artikel mit einer bioaktiven Oberflächenbeschichtung zu erhalten, die chemisch an eine Substratoberfläche über mindestens einen Abschnitt des Substrats gebunden ist, wobei die Beschichtung ein kohlensäurehaltiges Kalziumphosphatknochenmineralapatit, das nanokristallin ist und kein Hydroxyl enthält, mit chemisch adsorbierten Wasser aufweist, wobei die Beschichtung eine Kristallgröße kleiner als 1 μm und Poren, die kleiner als 1 μm im Durchmesser sind, aufweist und wobei ein biologisches Mittel in die Poren eingebracht ist.