CN1239129C - 体内可吸收性脊柱融合器 - Google Patents

Abstract

一种体内可吸收性脊柱融合器，由具有生物降解性、可消毒性及可以加工性的生物降解高分子材料制备而成，为圆管型，外壁带有螺纹，其上端有十字槽，可供安放器的插入；下端有斜面，可方便融合器进入椎体缺损部位。椎体间融合器的结构尺寸根据椎体的缺损尺寸而定，其管壁上具有若干小孔，以利于骨细胞的长入以及体液和营养物质的进入，该小孔的数量依融合器的结构尺寸而定。由于脊椎融合器具有弹性和韧性，可与椎体紧密结合、向下旋入到终板后具有自稳定作用；置入时的撑开力可使椎间盘的纤维环、前后纵韧带处于张力状态，后者又有助于稳定融合器，产生“撑开-压缩张力带”效应；同时，肌肉的动态收缩和垂直的自身体重又有助于腰椎融合器保持稳定。

Description

体内可吸收性脊柱融合器

技术领域

本发明涉及一种脊柱内植入装置，具体地说涉及一种体内可吸收性脊柱融合器。

背景技术

脊柱融合器是用于脊柱内固定的一种医疗装置，也是目前治疗脊柱疾病的重要手段-脊柱融合手术所常用的一种脊柱内植入装置。

脊柱融合手术最早是在1911年由Hibbs首次提出的，到1936年Mercer提出了椎体间融合的理论后，脊柱融合手术得到了很快的发展、至今已成为治疗骨科疾病最重要的手段之一。自体骨移植物仍是目前公认的脊柱融合术的最理想植入材料。尽管自体骨移植的植骨融合术目前仍在临床广泛应用，但供骨来源受限、供骨部位并发症，以及由于植入骨块的形状与缺损部位形状不一致、植骨强度的有限性等问题难以解决从而难以保证融合段的融合率，导致术后易发生植骨块移位、椎间隙塌陷、植骨被吸收，或形成假关节等问题。尽管内固定的使用可以减少假关节的发生率，但内固定的使用同样会导致一定程度的并发症。

二十世纪七十年代末有学者用不锈钢和钛合金为材料进行的椎体间腰椎融合术(lumbar interbody fusion using fusion cage)。1979年Bagby等首先将一种称为“Basket”的圆柱形带孔不锈钢椎体间融合器应用于马的颈椎治疗Wobbler综合症。之后，kuslich于1988年用钛合金制备出BAK系统，即钛合金空心柱状体-Cage，由于该Cage表面带有螺纹，可自稳于上下终板内；植入时的撑开力又可使纤维环、前后纵韧带处于张力状态，从而有助于稳定Cage，形成“撑开-压缩张力带”效应，经临床试用，效果良好。由于钛合金材料的良好组织相容性、耐酸、耐腐蚀、以及较强的力学强度，使“Cage”能很好地起到为脊柱提供暂时的稳定、促进椎体间融合、减少并发症的作用，因此很快就被临床接受，并且得到了广泛的应用。然而，由于不锈钢及钛合金均为金属，弹性模量远高于正常骨组织(钛是骨的10倍)，长期在骨内存留会引起应力遮挡，从而导致植入部位产生骨萎缩、骨质疏松、植入部位下沉塌陷等机械性能下降的并发症。同时，由金属植入物所产生的金属碎屑会导致巨噬细胞的产生及白介素-1、白介素-6、前列腺素E2、肿瘤坏死因子等介质的释放，从而影响成骨和破骨细胞的活性，最终导致溶骨、引起植入物松动。临床观察的结果表明金属椎间融合器Cage的下沉、松动及炎症介质的释放，可能是导致病人术后腰背痛的主要原因。此外，使用不锈钢及钛合金金属融合器后，还会由于金属材料不透X光，而影响对患者术后融合情况的观察。

生物降解高分子是一类在生理环境下其分子链能自动断裂、从大分子变成小分子、从不溶解变成可溶解、最终能逐渐被机体代谢或吸收的材料。聚内酯类生物降解高分子，如聚乙交酯、聚丙交酯、聚己内酯，以及它们同其它天然或合成高分子(如聚醚、聚氨基酸、聚马来酸、甲壳素、海藻酸盐等)的共聚物或共混物，是一类重要的生物降解高分子。通过调节和控制材料组成和分子量，可以保证材料达到一定的力学强度。因此若能用此材料制备椎体间融合器，则有望同时满足既能为脊柱提供暂时的稳定、促进椎体间融合，又能防止并发症的要求。由于用此材料制备的椎体间融合器具有生物可降解性，随着时间的推移新骨渐长入椎体间融合器，而融合器自身则会不断地降解、由高分子变成中分子、以至小分子；而聚乙交酯和聚丙交酯的最终降解产物是乙醇酸和乳酸，它们能在体内通过三羧酸循环最终成为水和二氧化碳被吸收或排出体外；聚己内酯则在降解到分子量小于5000时可被吞噬细胞吞噬，最终都能从体内消失而不会留在体内。因此使用由聚内酯类生物降解高分子及它们的共聚物或共混物制备的椎体间融合器，既可以避免不锈钢及钛合金金属融合器的应力遮挡和金属碎屑问题，又可因其可透X光，而不影响术后的观察。加之此种材料能大量合成、并可被加工成与缺损部位相同的形状，有望解决自体骨移植的供骨来源受限，供骨区并发症等问题。

发明内容

本发明的目的是公开一种体内可吸收性脊柱融合器及其制备方法，该融合器结构简单、手术时安置方便省时；既可避免使用金属融合器所存在的因应力遮挡和产生金属碎屑等问题，又可不影响患者进一步接受X光和NMR检查，同时还可避免自体骨移植物的植骨来源受限、供骨部位并发症，以及植骨块移位、椎间隙塌陷、植骨被吸收，或假关节等问题。

本发明的脊柱融合器材料具有生物可降解性，可在体内随着骨的形成，其自身不断地降解，最终被吸收而排出体外；或被吞噬细胞吞噬，因此最终都能从体内消失而不会留在体内。

本发明的脊柱融合器呈园管型、外壁带有螺纹，上端有十字槽、可供安放器的插入，下端有斜面可方便融合器进入椎体缺损部位。由于本发明的脊柱融合器材料既具一定的力学强度，又具有一定的弹性和韧性，因此脊柱融合器可与椎体紧密结合、向下旋入到终板后具有自稳定作用；置入时的撑开力可使椎间盘的纤维环、前后纵韧带处于张力状态，后者又有助于稳定融合器，产生“撑开-压缩张力带”效应。此外，肌肉的动态收缩和垂直的自身体重又有助于腰椎融合器保持稳定。

本发明的脊柱融合器的结构尺寸根据椎体的缺损尺寸而有异。一般来说，融合器的外径为5～20mm，壁厚为1～5mm，长度为5～20mm，螺距为0.5～3.0mm。

本发明的脊柱融合器在园管型的管壁上具有一定数量的小孔，以利于骨细胞的长入和体液和营养物质的进入。小孔的孔径为1～3mm，数量为6～20个，根据融合器的结构尺寸不同而异。

本发明的脊柱融合器可以采用挤出成型、切削加工或模压的方法加工成型。采用辐射或环氧乙烷蒸汽消毒灭菌。

本发明的脊柱融合器由具有生物降解性、可消毒性及可以加工性的生物降解高分子材料制备。所述的生物降解性高分子材料是指脂肪族聚内酯，如聚乙醇酸(PGA)、聚L-乳酸(PLLA)、聚DL-乳酸(PDLLA)、聚己内酯(PCL)；内酯间的共聚物，如共聚(L-乳酸/DL-乳酸)(PLLA-co-PDLLA)、共聚(乳酸/乙醇酸)二元共聚物(PLGA)、共聚(乳酸/己内酯)二元共聚物(PLC)、共聚(乙醇酸/乳酸/己内酯)三元共聚物(PGLC)；内酯同聚醚的共聚物，如聚己内酯/聚醚嵌段共聚物(PCE)、聚己内酯/聚醚/聚乳酸三元共聚物(PCEL)、聚乳酸/聚醚二元共聚物(PLE)；内酯同氨基酸、马来酸的共聚物；以及聚内酯类高分子同天然高分子，如同甲壳素、海藻酸盐等的共聚物；各种聚内酯间、或聚内酯同甲壳素、海藻酸盐间的共混物，以及聚内酯类高分子同羟基磷灰石、珊瑚、磷酸三钙等无机材料的共混物。上述生物降解性高分子材料的共混物之间没有严格的比例要求，只须根据手术部位材料的强度和降解的时间要求来选择共混物的比例即可。即，需要融合器降解较慢时，则可选择降解较慢的高分子生物材料或加大该材料的比例，反之选择降解较快的材料或加大该材料的比例。

本发明的脊柱融合器的特点是融合器材料中含有抗感染及抗癌药物。所述的抗感染药物是链霉素、青霉素、庆大霉素、丝裂霉素、红霉素、甲硝唑、诺氟沙星、5-氟脲嘧啶、紫杉醇、雷派霉素。

附图说明

图1为本发明脊柱融合器的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，为本发明脊柱融合器的结构示意图，材料为聚L-乳酸。该脊柱融合器1呈圆柱状，由分子量为30万的PLLA切削加工而成，外壁带有螺纹2，上端有十字槽3，以供安放器的插入，融合器下端有一导角状的斜面4可方便融合器进入椎体缺损部位。融合器外径为10mm，壁厚为2mm，高为12mm，外壁带有螺距为2mm的螺纹2，其周壁分布有10个孔径为1.5mm的圆孔5。

体重45Kg雄性小尾寒羊，右侧卧位、消毒、铺巾。在羊的左12肋脊柱旁弧型切口，依次切开皮肤、皮下组织及肌肉筋膜，而后切开腹外斜肌和腹直肌至腹膜外，剪断第12肋，钝性分离至腰大肌前缘，分离腰大肌暴露后方的椎体，结扎椎体的节段动脉。用环锯在胸12腰1间隙钻一小孔，掏空间盘及小碎骨后，采用安放器安置融合器，将融合器安放于羊的胸12腰1间隙内，再将剪断的肋骨剪碎放入融合器中央的孔内，稍稍压紧，逐层缝合切口。术后禁食6小时，术后三天每日两次予以肌肉注射240万单位青霉素；观察伤口，并用碘伏清洁伤口。

结果表明：融合器有良好的组织相容性、未见组织坏死现象，植入部位未见排异现象。镜下观察：有大量骨组织生成，融合器周围无纤维膜形成，亦无巨噬细胞和异物巨细胞以及肉芽组织，未见各种炎性细胞。影像学显示：术后6个月融合器已部分降解，骨组织长入融合器内、骨组织密度随时间推移而明显增高，且骨组织穿过融合器壁上的小孔、长入融合器内，使融合器内外的骨组织相连；残余融合器与骨组织结合紧密且。术后6个月融合节段的椎间隙高度未见明显变化，说明融合器较强的力学强度，可对融合节段的椎间隙起有效的支撑作用。融合器吸收前，对CT和核磁检查无影响。

实施例2：

同实施例1结构，但融合器由分子量为40万的PDLLA切削加工而成，外径为15mm，壁厚为3mm，高为15mm，外壁带有螺距为2.5mm的螺纹，其周壁有均匀分布有14个孔径为2.0mm的园孔。然后用实施例1同样的手术方法进行手术和观察手术结果。观察结果表明手术效果与实施例1相同。

实施例3：

同实施例1结构，但融合器由重量比为1∶1的PLLA(分子量为30万)和PDLLA(分子量为40万)的共混物以模压的方法加工而成。融合器外径为20mm，壁厚为4mm，高为20mm，外壁带有螺距为2.5mm的螺纹，其周壁有均匀分布有18个孔径为2.0mm的园孔。然后用实施例1同样的手术方法进行手术和观察手术结果。观察结果表明手术效果与实施例1相同。

实施例4：

融合器的材料、结构和尺寸与实施例1相同，但由挤出法加工而成。然后用实施例1同样的手术方法进行手术和观察手术结果。观察结果表明手术效果与实施例1相同。

实施例5：

融合器的材料、结构和尺寸与实施例1相同，由挤出法加工而成，但含有1毫克5-氟脲嘧啶。然后用实施例1同样的手术方法进行手术和观察手术结果。观察结果表明手术效果与实施例1相同。

实施例6：

融合器的材料、结构和尺寸与实施例1相同，由挤出法加工而成。但含有1毫克丝裂霉素。然后用实施例1同样的手术方法进行手术和观察手术结果。观察结果表明手术效果与实施例1相同。

实施例7：

融合器材料为含有10％(重量)磷酸钙的PLLA(分子量为30万)的混合物，结构和尺寸与实施例1相同，由挤出法加工而成。但含有1毫克庆大霉素。然后用实施例1同样的手术方法进行手术和观察手术结果。观察结果表明手术效果与实施例1相同。

对照例1：

同实施例1结构和尺寸，但用钛合金(型号为Ti-6Al-4V)制备融合器，然后用实施例1同样的手术方法进行手术和观察手术结果。

观察结果表明：钛融合器不透X光、在体内长期存在而不发生变化。

Claims (7)

1、一种体内可吸收性脊柱融合器，由具有生物降解性、可消毒性及可以加工性的生物降解高分子材料制备而成，为圆管型，外壁带有螺纹，其上端有十字槽，可供安放器的插入；下端有斜面，可方便融合器进入椎体缺损部位；

所述脊柱融合器的结构尺寸根据椎体的缺损尺寸而定；

所述脊柱融合器的管壁上具有若干小孔，以利于骨细胞的长入以及体液和营养物质的进入，该小孔的数量依融合器的结构尺寸而定；

由于脊椎融合器具有弹性和韧性，可与椎体紧密结合、向下旋入到终板后具有自稳定作用；置入时的撑开力可使椎间盘的纤维环、前后纵韧带处于张力状态，后者又有助于稳定融合器，产生“撑开-压缩张力带”效应；同时，肌肉的动态收缩和垂直的自身体重又有助于脊柱融合器保持稳定。

2、如权利要求1所述的脊柱融合器，其特征在于，所述生物降解高分子材料为脂肪族聚内酯、内酯间的共聚物、内酯同聚醚的共聚物、内酯同氨基酸、马来酸的共聚物，以及聚内酯类高分子同天然高分子、各种聚内酯间、或聚内酯同甲壳素、海藻酸盐间的共混物、或聚内酯同羟基磷灰石、珊瑚、磷酸三钙的共混物。

3、如权利要求1或2所述的脊柱融合器，其特征在于，所述生物降解高分子材料为聚乙醇酸、聚L-乳酸、聚DL-乳酸、聚己内酯、共聚(L-乳酸/DL-乳酸)、共聚(乳酸/乙醇酸)二元共聚物、共聚(乳酸/己内酯)二元共聚物、共聚(乙醇酸/乳酸/己内酯)三元共聚物、聚己内酯/聚醚嵌段共聚物、聚己内酯/聚醚/聚乳酸三元共聚物、聚乳酸/聚醚二元共聚物中的一种或二种以上的共混物。

4、如权利要求1所述的脊柱融合器，其特征在于，所述融合器材料中含有抗感染及抗癌药物。

5、如权利要求4所述的脊柱融合器，其特征在于，所述药物为链霉素、青霉素、庆大霉素、丝裂霉素、红霉素、甲硝唑、诺氟沙星、5-氟脲嘧啶、紫杉醇或雷派霉素。

6、如权利要求1所述的脊柱融合器，其特征在于，所述融合器管的外径为5～20mm，壁厚为1～5mm，长度为5～20mm，螺距为0.5～3.0mm。

7、如权利要求1所述的脊柱融合器，其特征在于，所述管壁上小孔的孔径为1～3mm，数量为6-20个。