DE4018371A1

DE4018371A1 - Resorbierbare formkoerper und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE4018371A1
Application number: DE4018371A
Authority: DE
Inventors: Achim Hurst; Wladis Dr Winkler-Gniewek; Berthold Dr Buchholz; Dieter Dipl Chem Dr Bendix; Guenther Dipl Chem D Entenmann
Original assignee: Boehringer Ingelheim GmbH; Aesculap AG
Current assignee: Boehringer Ingelheim GmbH; Aesculap AG
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1990-12-13
Also published as: JP3043778B2; ATE130519T1; JPH03103429A; EP0401844A2; EP0401844B1; DE59009894D1; DK0401844T3; EP0401844A3; ES2080768T3; US5700901A; GR3019038T3

Description

Gegenstand dieser Erfindung sind resorbierbare Formkörper (Implantate) sowie die zur Herstellung dieser Formkörper (Implantate) verwendeten Stoffe bzw. Stoffgemische und Verfahren.

Zur Behandlung von Frakturen haben sich interne matallische Fixationssysteme weltweit durchgesetzt. Durch die Plattenosteosynthese können die Knochenfragmente immobilisiert werden. Ziel dieser Technik ist es, eine ungestörte Frakturheilung zu gewährleisten.

Der Einsatz von Metallimplantaten bringt aber auch Nachteile mit sich. Um Korrosion und Fremdkörperreaktionen zu vermeiden, müssen die Metallteile in einer zweiten Operation nach etwa einem Jahr wieder entfernt werden. Bei der Plattenosteosynthese verhindert die rigide Metallplatte remodellierende Umbauvorgänge im Bereich der Fraktur. Folge ist eine Inaktivitätsatrophie des Knochens, die nach der Entfernung der Implantate zur erneuten Fraktur führen kann. Darüber hinaus erschweren Metallimplantate die radiologische Verfolgung der Frakturheilung.

Zur Überwindung der Nachteile von Metallimplantaten wurde vielfach vorgeschlagen, die Implantate aus resorbierbaren Werkstoffen herzustellen. Solche Werkstoffe zeichnen sich dadurch aus, daß sie biologisch abbaubar sind. Trotz des, verglichen mit den Metallen, geringeren Elastizitätsmoduls eignen sich Implantate aus resorbierbaren Werkstoffen für die Knochenbruchbehandlung.

Voraussetzung ist, daß die mechanischen Eigenschaften auf die jeweiligen indikationsbezogenen Anforderungen abgestimmt sind. Infolge der Resorbierbarkeit des Materials bleiben den Patienten eine zweite Operation, die damit verbundenen Risiken und ein weiterer Arbeitsausfall erspart. Eine breite Einführung resorbierbarer Implantate in der Chirurgie wird deshalb zu einer beträchtlichen Kostenminderung führen.

Die Anforderungen an resorbierbare Osteosyntheseimplantate sind vielfältig. Grundvoraussetzungen für den medizinischen Einsatz resorbierbarer Werkstoffe sind die gute Gewebeverträglichkeit, die toxikologische Unbedenklichkeit der Polymeren und der Abbauprodukte und die Sterilisierbarkeit der Implantate. Neben adäquater Steifigkeit sollten die Implantate auch plastisch verformbar sein. Die Bruchdehnung sollte mindestens 2%, bevorzugt mindestens 3% betragen, um zum Beispiel Osteosyntheseplatten im Operationssaal an die individuelle Knochenform anpassen zu können. Diese Mindestdehnung gewährleistet außerdem ausreichende Sicherheit gegen Sprödbruch vor Erreichen der Fließgrenze. Besonders bruchgefährdet sind Fixationselemente, an denen Bohrungen (z.B. Osteosyntheseplatten) oder größere Querschnittsänderungen (z.B. Schrauben) auftreten. Durch Kerbwirkung können Spannungszustände und -überhöhungen entstehen, denen ein spröder Werkstoff nicht durch Verformungsarbeit widerstehen kann.

Es sind zahlreiche Werkstoffe bekannt, welche im Organismus abgebaut werden können. Unter diesen Werkstoffen haben Polymere und Copolymere der Milchsäuren und der Glycolsäure wegen ihrer bekannten Verträglichkeit besondere Bedeutung erlangt.

So sind chirurgische Gegenstände, insbesondere Osteosyntheseplatten, Schrauben und andere Befestigungselemente aus diesen polymeren in zahlreichen Druckschriften beschrieben. Die dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungsformen weisen jedoch zahlreiche Nachteile auf: In der EP 01 08 635 ist beispielsweise dargelegt, daß sich zur Herstellung chirurgischer Gegenstände vorzugsweise Poly(L-lactid) mit hoher inhärenter Viskosität eignet. Hierzu wird L-Lactid unter genau einzuhaltenden Bedingungen, insbesondere mit sehr langen Reaktionszeiten, polymerisiert. Die aus den Polymerisaten durch mechanische Bearbeitung erhaltenen Probekörper weisen bei einer inhärenten Viskosität von 7,4 dl/g eine Zugfestigkeit von 58,2 N/mm² auf. Bei einer inhärenten Viskosität von 3,7 dl/g beträgt die Festigkeit nur 28,8 N/mm². Außerdem weisen die so hergestellten Gegenstände eine mikroporöse Struktur auf (vgl. J. W. Leenslag, A. J. Pennings Commun. 28 92-94 (1987), Makromol. Chem. 188, 1809-1814 (1987)). Dadurch wird das Eindringen von Wasser erleichtert und der Abbau sowie der Verlust der mechanischen Festigkeit beschleunigt. So beträgt die Zugfestigkeit der oben beschriebenen polymeren nach 12 Wochen bei 37°C in Pufferlösung nur noch 13-16% des Ausgangswertes. Aus den gemäß EP 01 08 635 hergestellten Polymerisaten sind chirurgische Gegenstände durch spanabhebende Verfahren hergestellt worden. Bei der Bearbeitung treten an der Oberfläche der Gegenstände Riefen und andere Schäden auf, welche bei statischer oder dynamischer Belastung und insbesondere bei schlagartiger Beanspruchung zu Rissen und folglich zum Versagen der Teile führen können.

Im Verlauf des hydrolytischen Abbaus von chirurgischen Gegenständen nimmt die Festigkeit bekanntermaßen ab.

Bei mikroporösem Material, gemäß EP 01 08 635, erfolgt die Festigkeitsabnahme besonders rasch (vgl. z.B. Eitenmüller et al., Chirurg 58, 831-839 (1987)).

Man unterscheidet verschiedene Arten von Dehnungen. Charakteristisches Maß für die Zähigkeit und die bleibende Verformbarkeit eines Werkstoffs ist die Bruchdehnung. Die Bruchdehnung ist die auf eine Anfangsmeßlänge bezogene bleibende Längenänderung nach dem Bruch einer Zugprobe.

Poly(L-lactid) zeigt bei Beanspruchung sprödes Verhalten. Die Bruchdehnung beträgt nur ca. 2% (M. Vert et al., Makromol. Chem. Suppl. 5, 30-41 (1981)). Bei schnellen Belastungswechseln besteht deshalb die Gefahr des Bruchs der Implantate. Copolymere des L-Lactids weisen eine höhere Bruchdehnung als das reine Poly(L-lactid) auf. Allerdings nimmt mit zunehmendem Comonomeranteil die Festigkeit bekanntermaßen ab (vgl. z.B. US-PS 37 36 646). Vert et al. (Macromol. Biomat. 1984, 119-142) geben für Poly(L-lactid) eine Zugfestigkeit von 58 N/mm² bei einer Bruchdehnung von 2,1%, für Poly(L-lactid-co-D,L-lactid) 50 : 50 bei einer Zugfestigkeit von 46 N/mm² eine Bruchdehnung von 3,2% an, Formkörper dieser Zusammensetzung weisen jedoch den gravierenden Nachteil auf, daß ihre ursprüngliche Festigkeit bereits innerhalb von zwei Wochen auf die Hälfte des ursprünglichen Wertes gefallen ist.

Die Zugabe von Comonomeren bei der Polymerisation erhöht somit zwar die Bruchdehnung, verringert aber gleichzeitig die Anfangsfestigkeit und die Festigkeitsretention in unerwünschter Weise. Diese Nachteile haben zu dem Vorschlag geführt (Vert et al., Macromolecular Biomaterials 1984), chirurgische Gegenstände aus vollständig resorbierbaren faserverstärkten Verbundwerkstoffen herzustellen. Solche faserverstärkten Verbundwerkstoffe und ihre Herstellung sind z.B. in WO 88/00 533, WO 87/00 059 oder EP 00 11 528 beschrieben. Auch die Verwendung von nicht resorbierbaren Verstärkungselementen wurde z.B. in der US-PS 43 29 743 vorgeschlagen. Die Herstellung von faserverstärkten Gegenständen ist jedoch technisch aufwendig. Auch lassen sich auf diese Weise nur einfache Formkörper, vorzugsweise Stifte, herstellen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen resorbierbaren Formkörper (Implantat) zur Verfügung zu stellen, der neben hoher Anfangsbiegefestigkeit und hoher Anfangszugfestigkeit auch hohe Festigkeitsretention und optimale Bruchdehnung aufweist, jedoch technisch einfacher herstellbar ist als faserverstärkte Implantate. Resorbierbare Implantate, die diese Anforderungen erfüllen, sollten sich neben ausreichender initialer Stabilität durch die Erhaltung der Festigkeit während der Dauer der Frakturheilung, das entspricht einem Zeitraum von ca. 6 -8 Wochen nach der Operation, auszeichnen, wobei die Festigkeit 8 Wochen nach der Implantation noch mindestens 75% des Ausgangswertes bei einer Bruchdehnung von mehr als 2,1% betragen soll. Während dieser Phase übertragen die Implantate die auftretenden Kräfte und immobilisieren die Knochenfragmente. Nach erfolgter Einheilung verlieren die Werkstoffe bedingt durch den biologischen Abbau allmählich ihre Festigkeit. Die zunehmende Belastung führt zu einer funktionellen Strukturierung des Knochens im Frakturspalt durch eine der biomechanischen Beanspruchung entsprechende Ausrichtung der Knochenbälkchen. Die Knochenatrophie durch unphysiologische Stützwirkung des Implantates wird dadurch verhindert.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Formkörper gelöst, welcher durch folgende Daten charakterisiert ist:

inh. Viskosität
<4,5 dl/g (25°C, Chloroform) aber <0,8 dl/g
Anfangsbiegefestigkeit	<90 N/mm²
Anfangszugfestigkeit	<45 N/mm²
Bruchdehnung	<2%, bevorzugt <3%
Festigkeit	<75% des Anfangswertes nach 8 Wochen Implantation

und aus Polylactid oder Polymeren des Lactids mit geringen Anteilen anderer Comonomerer bevorzugt durch Spritzguß herstellbar ist und gegebenenfalls definierte Mengen eines monomeren oder polymeren Zusatzstoffes enthält. Mischungen aus Polylactid sowie dessen Copolymere mit monomeren oder polymeren Zusatzstoffen werden auch als Polymermischungen oder Polymerblends bezeichnet.

Erfindungsgemäß sind die zuvor genannten Formkörper die Polymermischungen enthalten bevorzugt.

Weiterhin bevorzugt sind Formkörper, deren inhärente Viskosität kleiner 3,5 aber größer 1 dl/g beträgt, besonders bevorzugt sind Formkörper mit einer inhärenten Viskosität zwischen 2,5 und 1,4 dl/g.

Formkörper gemäß dieser Erfindung sind Implantate für alle Bereiche der Chirurgie. In der Knochenchirurgie können beispielsweise Osteosyntheseplatten zusammen mit Verbindungselementen wie Schrauben, Spreizdübeln oder Nieten zur Vereinigung und temporären Fixierung von Knochenfragenmenten eingesetzt werden. Glatte oder profilierte Fixationsstifte, Fixationsnägel oder Schrauben eignen sich zur Refixation von Knorpel- oder Knochenfragmenten. Frakturen von Röhrenknochen lassen sich mit Markraumnägeln intramedullär solange stützen, bis die Frakturheilung abgeschlossen ist. Auch Clips zum Verschluß von Gefäßen oder Klammern zum Vernähen von Weichgewebe sind beispielhafte Gegenstände aus den erfindungsgemäßen Werkstoffen. Die vorteilhafte Bruchdehnung, die günstige Festigkeit und die Festigkeitsretention während der Heilungsphase des erfindungsgemäßen Implantats gewährleisten den Behandlungserfolg. Es versteht sich von selbst, daß kunststoffgerechtes Konstruieren zu einer Vielzahl von Ausführungsformen dieser Gegenstände führt. Diese Aufzählung ist daher beispielhaft und keinesfalls einschränkend zu verstehen.

Spritzgegossene Formkörper gemäß dieser Erfindung weisen auch bei komplizierter Bauweise glatte Oberflächen und im Gegensatz zu Formkörpern, welche durch mechanische Bearbeitung aus Polymerblöcken erhalten werden, keine mikroporöse Struktur auf. Folglich kann Kerbwirkung durch Mikrofehler verhindert werden.

Außerdem liegt eine signifikant bessere Festigkeitsretention der erfindungsgemäßen spritzgegossener Proben vor: In Tierversuchen konnte nachgewiesen werden, daß die Festigkeit implantierter Probekörper aus Poly(L-lactid)-Blockware, die nicht durch Spritzguß hergestellt wurden, trotz hoher inhärenter Viskosität (i.V. 7,9 dl/g) bereits nach 8 Wochen auf 18,5% der initialen Biegefestigkeit fiel.

Durch diesen hohen Festigkeitsverlust des Implantatwerkstoffs bereits innerhalb der Knochenheilungsphase kann der Erfolg der Operation gefährdet werden. Dagegen zeigen die erfindungsgemäßen spritzgegossene Proben aus Poly(L-lactid) trotz vergleichweise geringer inhärenter Viskosität (i.V. 1,65 dl/g) mit 97,0% der initialen Festigkeit nach 8 Wochen die den Anforderungen entsprechende Festigkeitsretention. (Beispiel 1). Die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formkörpers eingesetzten Polymere, z.B. Polylactid, Copolymere oder die erfindungsgemäßen Polymermischungen weisen im allgemeinen eine inhärente Viskosität von kleiner 4,5 dl/g, bevorzugt kleiner 3,7 dl/g und besonders bevorzugt kleiner 3,0 dl/g auf, sollten jedoch nicht kleiner als 1,0 bevorzugt nicht kleiner als 1,4 dl/g sein.

Der Spritzgußprozeß führt je nach den Prozeßbedingungen zu mehr oder weniger starkem thermischen Abbau des Polymeren und damit zu einer Verringerung der inhärenten Viskosität. Es ist bekannt, daß Feuchtigkeit und ein Restgehalt an Monomeren den thermischen Abbau begünstigen. Es versteht sich daher von selbst, daß die Polymeren vor dem Einsatz durch an sich bekannte Verfahren wie Extraktion oder Umfällung und/oder Erhitzten im Vakuum sorgfältig zu reinigen und zu trocknen sind. Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß spritzgegossene Formkörper trotz verringerter inhärenter Viskosität ebenso hohe Anfangsfestigkeiten aufweisen wie Formkörper aus Polymerblöcken (Beispiel 2). Die Verwendung von Implantaten aus Poly(L-lactid) mit niedriger inhärenter Viskosität ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sich die Resorptionszeit im Vergleich zu hochmolekularem Material verkürzt: Mit in vitro-Versuchen bei erhöhter Temperatur in physiologischer Lösung konnte nachgewiesen werden, daß gespritzte Probekörper aus Poly(L-lactid) (i.V. 1,65 dl/g) rascher hydrolysieren als Proben aus Poly(L-lactid)-Blockpolymer (i.V. 7,9 dl/g). Bei Implantaten aus hochviskoser Poly(L-lactid)-Blockware muß von Resorptionszeiten von mehr als 3 Jahren ausgegangen werden. Bei gespritzten Implantaten gleicher Größe und Festigkeit ist mit Resorptionszeiten zwischen 1,5 und 2,5 Jahren zu rechnen.

Somit ist ein thermischer Abbau von Polymeren beim Spritzguß in gewissem Ausmaß tolerierbar, d.h. spritzgegossene Polymere sind bezüglich des Reinigungsprozesses weniger kritisch als Blockware.

Gegenstand der Erfindung sind darüber hinaus sowohl amorphe wie kristalline spritzgegossene Formkörper. Formkörper aus Poly(L-lactid), welche aus Polymerblöcken erhalten werden, weisen je nach Polymerisationsbedingungen Kristallinitätsgrade von < 75% auf. Die Kristallinität wird in bekannter Weise durch Bestimmung der Schmelzenthalpie mittels Differential-Scanning-Calorimetry (DSC) und Vergleich des Wertes mit der literaturbekannten Schmelzenthalpie von 100% kristallinem Polylactid bestimmt. Im Spritzgußprozeß können in Abhängigkeit von der Verweilzeit der Formkörper im Werkzeug und der Abkühlgeschwindigkeit amorphe oder kristalline Produkte erhalten werden. In Beispiel 1 und 2 wurden amorphe spritzgegossene Formkörper hergestellt. Der Vergleich mit den kristallinen Probekörpern aus Polymerblöcken zeigt, daß die Kristallinität auf die Anfangsfestigkeit keinen Einfluß hat. Dagegen haben die kristallinen Produkte einen höheren E-Modul (Elastizitäts-Modul) als amorphe Formkörper. In weitergehenden Untersuchungen wurde außerdem festgestellt, daß sich amorphes Poly(L-lactid) im Abbauverhalten von kristallinem Poly(L-lactid) unterscheidet. Je nach Art des herzustellenden chirurgischen Gegenstandes kann es daher erforderlich sein, wahlweise amorphe oder kristalline Produkte durch Spritzguß herzustellen. Die Kristallinität kann wie oben beschrieben durch Wahl der Spritzbedingungen und/oder in an sich bekannter Weise durch den Zusatz von Nucleierungsmitteln beeinflußt werden. Im Rahmen dieser Erfindung kommen aus naheliegenden Gründen nur physiologisch unbedenkliche Nucleierungsmittel wie Salze verträglicher organischer Säuren wie Calciumcitrat oder hochschmelzende Polymere wie Polyglycolsäure in Frage. Die Aufzählung ist beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Kristalline Produkte können auch nachträglich aus amorphen Formkörpern durch Tempern erhalten werden. Im Falle von Poly(L-lactid) reicht hierfür einfaches Erwärmen für eine längere Zeit (mindestens 30 Minuten) auf höhere Temperatur (mehr als 70°C) aus. Die genauen Temperungsbedingungen können gemäß dem gewünschten Kristallisationsgrad optimiert und eingestellt werden.

Unter bestimmten Bedingungen kommt es beim Spritzgußprozeß zu Orientierungen der Moleküle innerhalb des Spritzlinges, die sich festigkeitssteigernd auswirken. Im Extremfall führt dies zu einer für bestimmte Anwendungsgebiete erwünschten Anisotropie der mechanischen Eigenschaften, d.h. die Festigkeit eines Implantats ist z.B. in Längsrichtung höher als in Querrichtung. Die Festigkeit in Längsrichtung ist dabei höher als die Festigkeit in einem sonst gleichen isotropen Formkörper.

Alle bisher für spritzgegossene Formkörper aufgeführten Eigenschaften gelten auch für Gegenstände, welche mit anderen bei thermoplastischen Polymeren einsetzbaren Verarbeitungsschritten wie Extrusion, Druckschmelzen, Heißverpressen usw. hergestellt wurden. Der Ausdruck "Spritzguß" und spritzgegossen ist somit keinesfalls einschränkend zu verstehen. Die Erfindung betrifft vielmehr Gegenstände, welche in irgendeiner Weise durch thermoplastische Verformung hergestellt oder verändert wurden.

Polylactid gemäß dieser Erfindung ist Poly(L-lactid) und Poly(D-lactid), wobei jedoch Poly(L-lactid) bevorzugt wird. Ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung sind Copolymere der beiden genannten Lactide mit Comonomeren, welche zu physiologisch unbedenklichen Abbauprodukten führen.

Solche Comonomeren sind D,L-Lactid, meso-Lactid, Glycolid, Dioxanon, Trimethylencarbonat und weitere mit Lactid copolymerisierbare cyclische Ester.Andere geeignete Comonomere sind α, β- oder γ- Hydroxybuttersäure, α-, β- oder γ- Hydroxyvaleriansäure und andere Hydroxyfettsäuren (C₁₁ bis C₂₅) wie z.B. Stearinsäure, Palmitinsäure, Ölsäure, Laurinsäure u.a.

Bevorzugt werden jedoch D,L-Lactid, meso-Lactid, Glycolid, β-Hydroxybuttersäure β-Hydroxyvaleriansäure, besonders bevorzugt wird D,L-Lactid. Es hat sich gezeigt, daß der Zusatz von Comonomeren die Festigkeitswerte verschlechtert. Für die Auswahl des im Einzelfall geeigneten Copolymeren ist somit ein Kompromiß zwischen den verringerten Festigkeitswerten und verbesserten anderen Eigenschaften wie Bruchdehnung und Abbauverhalten zu schließen. Für die oben aufgeführten Anwendungsbereiche soll der Comonomeranteil nicht mehr als 30%, vorzugsweise nicht mehr als 15% betragen. Geeignet sind Copolymere des L-Lactids und des D-Lactids; bevorzugt werden Polymere des L-Lactids. Bevorzugt sind weiterhin Formkörper aus Poly(L-lactid-co-D,L-lactid mit inhärenten Viskositäten zwischen 1 und 3,5 dl/g, besonders bevorzugt zwischen 1,4 und 2,5 dl/g. Der Anteil an L-lactid in dem Copolymerisat beträgt zwischen 70 und 90% bevorzugt zwischen 75 und 85%.

In Beispiel 3 ist die Herstellung von spritzgegossenen Probekörpern aus Poly(L-lactid-co-D,L-lactid) 90 : 10 beschrieben. Im Vergleich zu Beispiel 2 A weist das Produkt eine vorteilhaft erhöhte Bruchdehnung und eine erhöhte Zugfestigkeit auf.

Gegenstand dieser Erfindung sind insbesondere Formkörper (Implantate) mit erhöhter Bruchdehnung. Es ist bekannt, daß die Bruchdehnung von Thermoplasten durch Zusatz von niedermolekularen Flüssigkeiten, niedermolekularen Feststoffen oder hochmolekularen Feststoffen erhöht werden kann (= Weichmachereffekt). Bei Zusatz von flüssigen Stoffen spricht man üblicherweise von Weichmachern, bei Zusatz polymerer Feststoffe von Polymerblends. Normalerweise (vtl. H.-G. Elias, Makromoleküle; Hüthig & Wepf, Basel 1981, S. 949) erhöhen Weichmacher die Kettenbeweglichkeit. Dies führt zwar zu einer Heraufsetzung der Bruchdehnung, gleichzeitig erniedrigen sich jedoch Glasübergangstemperatur, Elastizitätsmodul, Reißfestigkeit und Härte. Im vorliegenden Fall war somit durch den Zusatz von Weichmachern keine vorteilhafte Wirkung auf resorbierbare Implantate zu erwarten.

Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß der Zusatz bestimmter als Weichmacher geeigneter Flüssigkeiten zu einer vergleichbaren Festigkeit bei gleichzeitig signifikanter Erhöhung der Bruchdehnung führt. Andere ebenfalls potentiell als Weichmacher geeignete Flüssigkeiten führten bei vergleichbarer Festigkeit nicht zu einer Erhöhung der Bruchdehnung (siehe Beispiel 4). Geeignete Weichmacher sind Acetyltributylcitrat und Glycerintriacetat sowie Gemische beider Komponenten.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindungen sind Formkörper auf der Basis von resorbierbaren Polymermischungen, insbesondere auf der Basis von Polylactid, das als Zusatzstoff einen hochmolekularen Feststoff (einen Polyester) enthält. Als Polylactid gemäß dieser Erfindung wird Poly(L-lactid), Poly(D-lactid), Poly(meso-lactid) und Poly(D,L-lactid) bezeichnet, wobei Formkörper auf der Basis von Poly(L-lactid) bevorzugt sind.

In weiteren Versuchen wurde überraschenderweise festgestellt, daß der Zusatz von bestimmten hochmolekularen Feststoffen (erfindungsgemäß auch als Zusatzstoffe bezeichnet) zu Poly(L-lactid) nicht nur zu einer Erhöhung der Bruchdehnung, sondern auch zu einer signifikanten Erhöhung der Zugfestigkeit führt (Beispiel 5). Während die Erhöhung der Bruchdehnung durch Beimischen einer zäheren Komponente den Erwartungen entspricht, stellt die gleichzeitige vorteilhafte Erhöhung der Zugfestigkeit ein gänzlich unerwartetes Ergebnis dar. Besonders vorteilhaft ist, daß bei einem Formkörper (Implantat) aus Poly (L-lactid) welches erfindungsgemäß den Zusatzstoff (Feststoff) enthält mehr als 75% der Zugfestigkeit und deutlich mehr als 3% Bruchdehnung auch noch nach einem Zeitraum von 8 Wochen unter simulierten physiologischen Bedingungen (37°C, Ringerlösung) erhalten bleiben. Entsprechend der Aufgabenstellung müssen die hochmolekularen Feststoffe zu physiologisch unbedenklichen Produkten abbaubar sein. Erfindungsgemäße Feststoffe sind resorbierbare Polyester, wie z.B. Poly(D,L-lactid), Poly(D-lactid), Poly(meso-lactid), Poly(glycolid), Poly(trimethylencarbonat), Poly(dioxanon), Poly(caprolacton) sowie die aus beliebigen Kombinationen von L-Lactid, D-Lactid, meso-Lactid, D,L-Lactid, Glycolid, Trimethylencarbonat, Dioxanon, Caprolacton und andere, dem Fachmann hinreichend bekannte aus polymerisationsfähigen cyclischen Estern herstellbare Co- und Terpolymere. Bevorzugte hochmolekulare Feststoffe sind Poly(D,L-lactid), Poly(meso-lactid), Poly(dioxanon) und Poly(caprolacton). Besonders bevorzugt werden Poly(D,L-lactid) und Poly(meso-lactid). Geeignete Copolymere sind beispielsweise
Poly(L-lactid-co-D,L-lactid)
Poly(L-lactid-co-meso-lactid)
Poly(L-lactid-co-glycolid)
Poly(L-lactid-co-trimethylencarbonat)
Poly(L-lactid-co-epsilon-caprolacton)
Poly(D,L-lactid-co-meso-lactid)
Poly(D,L-lactid-co-glycolid)
Poly(D,L-lactid-co-trimethylencarbonat)
Poly(D,L-lactid-co-epsilon-caprolacton)
Poly(meso-lactid-co-glycolid)
Poly(meso-lactid-co-trimethylencarbonat)
Poly(meso-lactid-co-epsilon-caprolacton)
Poly(glycolid-co-trimethylencarbonat)
Poly(glycolid-co-epsilon-caprolacton)
Die Menge an zugesetzten hochmolekularem Feststoff kann im allgemeinen 1 bis 50% in Einzelfällen bis zu 85% betragen. Bevorzugt werden jedoch Zusätze zwischen 5 und 35%, besonders bevorzugt 5 bis 25%. Bei geringen Zusätzen ist die inhärente Viskosität des zugesetzten hochmolekularen Feststoffes nicht kritisch. Im allgemeinen liegt die Viskosität des Zusatzstoffes im Bereich der Viskosität des Basispolymers, wie sie zuvor definiert wurde. Bei Zusätzen von 10% oder mehr sollte sie jedoch mehr als 1 dl/g (25°C, Chloroform) betragen. Werden Copolymere eingesetzt, ist deren Sequenz nicht kritisch. Statistische Copolymere und Block-Copolymere sind gleichermaßen geeignet.

Bevorzugtes Copolymer ist Poly(L-lactid-co-D,L-lactid).

Copolymere die L-Lactid als Komponente enthalten, enthalten bevorzugt mindestens 70% L-Anteil, bevorzugt jedoch nicht mehr als 95%. Ein besonders bevorzugter Bereich liegt bei 75 bis 85% L-Anteil im Copolymer.

Beträgt der Anteil an Poly-L-lactid in der Polymermischung über 85%, sollte der Anteil an L-lactid im Copolymerisat nicht mehr als 90% betragen.

Bevorzugt sind ferner Formkörper aus einer Polymermischung enthaltend Poly(L-lactid-co-D,L-lactid) mit einem Anteil von 70 bis 95% L-lactid im Copolymerisat und Poly(D,L-lactid) mit einem Gewichtsanteil von 1 bis 85%, bevorzugt 5 bis 35, besonders bevorzugt 15 bis 35 Poly(D,L-lactid) in der Polymermischung und Formkörper aus Poly-L-lactid und Poly(D,L-Lactid) mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 85% bevorzugt 15 bis 50%, besonders bevorzugt 15 bis 35% Poly(-D,L-Lactid) in der Polymermischung.

Es gibt verschiedene Methoden, die erfindungsgemäßen Mischungen aus Poly(L-lactid) und den oben beschriebenen Zusatzstoffen herzustellen. Zum einen können Mischungen beider Komponenten direkt in das Spritzgußverfahren eingesetzt werden, zum anderen kann die Mischung beider Komponenten zu einem Granulat verarbeitet werden, welches dann spritzgegossen wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit auch die Herstellung von Formkörpern im Spritzgußprozeß, wobei Polylactid, wie z.B. Poly(L-lactid) oder ein Copolymer aus L-Lactid und D,L-Lactid mit einem Gehalt bis zu 30%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 15 D,L-Lactid mit einem polymeren Zusatzstoff oder ein Granulat der Mischung aus beiden eingesetzt wird.

So entstehen Spritzlinge, die sowohl feste als auch zähe Eigenschaften zeigen. Besonders bemerkenswert ist, daß die Festigkeit der erfindungsgemäßen Polymermischungen signifikant erhöht ist und anforderungsgemäß über den Zeitraum von 8 Wochen auf hohem Niveau erhalten bleibt.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Als Spritzgußmaschine wurde eine vollhydraulische Anker Demag Kolbenmaschine verwendet (Kolbendurchmesser 21 mm, Zuhaltekraft 150 KN). Die Spritzgußbedingungen für die verschiedenen Polymere und Polymermischungen sind in Tabelle 6 zusammengestellt. Als Werkzeugtemperatur wurde für alle Kunststoffvarianten 40°C, als Einspritzgeschwindigkeit die maximal mögliche gewählt. Für die Festigkeitsuntersuchungen wurde eine Universalprüfmaschine vom Typ JJ Lloyds T 5002 verwendet. Die Form der im Zugversuch getesteten Probekörper entsprach jeweils der Probe Nr. 4 aus DIN 53 455, wobei die Dicke der Proben 3 mm betrug.

Beispiele Beispiel 1: Herstellung von Formkorpern aus Poly(L-lactid)

Poly(L-lactid)-Probestäbchen (2×3×25 mm) wurden durch Spritzgießen aus Granulat mit der inhärenten Viskosität 7,8 dl/g sowie durch zerspanende Bearbeitung aus Blockware (i.V. 7,9 dl/g) hergestellt. Die Biegefestigkeit dieser Proben wurde im Anlieferungszustand und nach Sterilisation sowie in Abhängigkeit von der Implantationszeit in Anlehnung an DIN 53 452 ermittelt. Als Versuchstiere dienten Ratten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Biegefestigkeit von Probekörpern aus Poly(L-lactid) nach Implantation in Ratten (M/mm²)

Implantationszeit (Wochen)

Beispiel 2: Anfangsfestigkeit von spritzgegossenen Form körpern aus Poly(L-lactid) mit niedriger inhärenter Viskosität

Aus Poly(L-lactid)-Granulat (i.V. 2,91 dl/g) wurden in einer Spritzgießmaschine Probekörper für den Zugversuch nach DIN 53 455 (Prüfgeschwindigkeit: 10 mm/min) hergestellt. Die Eigenschaften dieser Probekörper zeigt Tab. 2 A. Die Ermittlung der Biegefestigkeit wurde in Beispiel 1 beschrieben.

In Tabelle 2 B sind Vergleichswerte für Probekörper aus Polymerblöcken angegeben.

Mechanische Eigenschaften spritzgegossener Formkörper
Inhärente Viskosität
1,45 dl/g
Zugfestigkeit	46,4 N/mm²
Bruchdehnung	0%
Biegefestigkeit	118,3 N/mm²

Tabelle 2B

Mechanische Eigenschaften von Formkörpern aus Polymerblöcken

Beispiel 3: Formkörper aus Poly(L-lactid-co-D,L-lactid)

Granulat aus Poly(L-lactid-co-D,L-lactid) 90 : 10 (i.V. 7,0 dl/g) wurde zur Herstellung von spritzgegossenen Probekörpern für den Zugversuch gemäß DIN 53 455 (Prüfgeschwindigkeit: 10 mm/min) verwendet. Die Eigenschaften dieser Probekörper sind in Tabelle 3 zusammengestellt.

Inhärente Viskosität
2,10 dl/g
Zugfestigkeit	51,6 N/mm²
Bruchdehnung	2,0 %

Beispiel 4: Einfluß von niedermolekularen Weichmachern auf Poly(L-lactid)

In Poly(L-lactid) wurden 8,6% Acetyltributylcitrat eingearbeitet. Die inhärente Viskosität des daraus hergestellten Granulats betrug 1,72 dl/g. Aus diesem Granulat wurden spritzgegossene Probekörper für den Zugversuch nach DIN 53 455 (Prüfgeschwindigkeit: 10 mm/min) angefertigt.

In Tabelle 4 wurden die Eigenschaften zusammengestellt:

Inhärente Viskosität
1,40 dl/g
Zugfestigkeit	46,2 N/mm²
Bruchdehnung	3,0 %

Bei einem analog hergestellten Poly(L-lactid) mit 10% Butylbutyryllactat wurde eine Zugfestigkeit von ebenfalls 46,2 N/mm², aber eine unveränderte Bruchdehnung von 0% gefunden. Der Zusatz von 1,5% beziehungsweise 4,7% Triethylcitrat führte gegenüber dem reinen Poly(L-lactid) zu verringerten Zugfestigkeiten von 14,2 N/mm² beziehungsweise 9,7 N/mm². Die Bruchdehnung betrug unverändert 0%.

Beispiel 5: Einfluß hochmolekularer Feststoffe auf Poly(L-lactid)

Im Zugversuch gemäß DIN 53 455 wurden gespritzte Probekörper aus Polymermischungen, bestehend aus Poly(L-lactid) und Poly(D,L-lactid) mit einer Prüfgeschwindigkeit von 10 mm/min getestet. Die mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis wurden in Tabelle 5A zusammengestellt. Tabelle 5B zeigt die Veränderung der mechanischen Eigenschaften nach Hydrolyse in Ringerlösung bei 37°C. Auch Vergleichswerte für hydrolysierte Zugstäbe aus gespritztem Poly(L-lactid) sind angegeben.

Tabelle 5A

Zugversuch an gespritzten Probekörpern aus Poly(L-lactid) und Polymermischungen Poly(L-lactid)/Poly(D,L-lactid) (PLLA/PDLLA) (DIN 53 455; Mittelwert x; n=5)

Tabelle 5B

Zugversuch an gespritzten Proben aus Polymermischungen Poly(L-lactid)/Poly(D,L-lactid) sowie Poly(L-lactid) nach Hydrolyse in Ringerlösung bei 37°C (DIN 53 455; Mittelwert x; n=5)

Tabelle 6

Spritzgußbedingungen für Zugstäbe für verschiedene Polymere und Polymermischungen

Claims

1. Resorbierbare durch thermoplastische Verformung herstellbarer Formkörper auf der Basis von Polylactid, dadurch gekennzeichnet, daß er eine inhärente Viskosität zwischen 0,8 und 4,5 dl/g (gemessen in Chloroform bei 25°C) und einer Anfangszugsfestigkeit von mindestens 45 N/mm², einer Anfangsbiegefestigkeit von mindestens 90 N/mm² und einer Festigkeit nach 8 Wochen Implantationszeit von mindestens 75% des Ausgangswertes, aufweist, wobei Formkörper aus reinem Poly(L-lactid) ausgeschlossen sind.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Poly(L-lactid), Poly(D-lactid) oder davon abgeleiteten Copolymerisaten mit anderen Comonomeren in Form copolymerisierbarer cyclischer Ester besteht, wobei der Comonomeranteil nicht mehr als 30 Gew.-%, bevorzugt nicht mehr als 15 Gew.-% beträgt.

3. Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Comonomer D,L-Lactid, meso-Lactid, Glycolid, Dioxanon, Trimethylencarbonat oder ein Lacton der β-Hydroxybuttersäure und/oder β-Hydroxyvaleriansäure ist.

4. Resorbierbarer Formkörper auf der Basis von Poly(lactid), oder davon abgeleitete Copolymerisate dadurch gekennzeichnet, daß er einen hochmolekularen Zusatzstoff aus einem resorbierbaren Polyester in einer wirksamen Menge zur Erhöhung der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung enthält.

5, Resorbierbare Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er Poly(L-lactid) oder Poly(L-lactid-co-D,L-lactid) enthält.

6. Resorbierbarer Formkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hochmolekulare Zusatzstoff Poly(D,L-lactid), Poly(D-lactid), Poly(meso-lactid), Polyglycolid, Polytrimethylencarbonat, Polydioxanon, Polycaprolacton oder deren Gemisch ist.

7. Resorbierbarer Formkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff ein Copolymerisat ist ausgewählt aus der Gruppe:
Poly(L-lactid-co-D,L-lactid)
Poly(L-lactid-co-meso-lactid)
Poly(L-lactid-co-glycolid)
Poly(L-lactid-co-trimethylencarbonat)
Poly(L-lactid-co-epsilon-caprolacton)
Poly(D,L-lactid-co-meso-lactid)
Poly(D,L-lactid-co-glycolid
Poly(D,L-lactid-co-trimethylencarbonat)
Poly(D,L-lactid-co-epsilon-caprolacton)
Poly(meso-lactid-co-glycolid)
Poly(meso-lactid-co-trimethylencarbonat)
Poly(meso-lactid-co-epsilon-caprolacton)
Poly(glycolid-co-trimethylencarbonat)
Poly(glycolid-co-epsilon-caprolacton).

8. Resorbierbarer Formkörper nach Anspruch 4, 5, 6, oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß er 1 bis 85 Gew.-% des Zusatzstoffes enthält.

9. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Bruchdehnung von mindestens 2% im Ausgangszustand und unter physiologischen Bedingungen für die Dauer von 8 Wochen aufweist.

10. Resorbierbarer Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Spritzgießverfahren herstellbar ist.

11. Verwendung von hochmolekularen resorbierbaren Polyestern als Zusatzstoff in einer wirksamen Menge zur Erhöhung der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung von Formkörpern aus Polylactid.

12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Poly(D,L-lactid), Poly(D-lactid), Poly(meso-lactid), Poly(glycolid) , Poly(trimethylencarbonat), Poly(dioxanon), Polycaprolacton oder deren Gemische verwendet wird.

13. Spritzgußverfahren zur Herstellung von resorbierbaren Formkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß man Polymermischungen enthaltend Polylactid und einen Zusatzstoff wie in Anspruch 4, 6, 7 oder 8 definiert verwendet.

14. Verfahren zur Herstellung von resorbierbaren Formkörpern nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper durch thermoplastische Verformung oder Veränderung, insbesondere durch Spritzgießen, hergestellt werden.