JP2006271521A - 移植骨製造方法および移植骨製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 脊椎骨の横突起等の移植部位の個人差にかかわらず、短時間に、かつ、高い固定力で移植部位を固定する移植骨を製造する。
【解決手段】 移植部位Ａの骨形状に応じて変形する生体適合性材料からなる形状可変容器１に、骨補填材２と、血液成分３と、血液凝固剤４との混合物５を収容するステップと、収容された混合物５が凝固する前に、該混合物５を収容した形状可変容器１を移植部位Ａに配置して変形させるステップとを備える移植骨製造方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、移植骨製造方法および移植骨製造装置に関するものである。

従来、脊椎の固定や自然修復の難しい骨欠損箇所には人工骨を移植することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１においては、脊椎後方固定術（ＰＬＦ）に用いられる脊椎後方固定用材料について開示されている。

この脊椎後方固定用材料によれば、生体適合性の高い膜によりリン酸カルシウム顆粒を包んで縫合したもの、あるいは、リン酸カルシウム顆粒の表面にフィブリン糊を噴霧して固めたものを脊椎の横突起部分に掛け渡すように配置することで、自家骨採取を必要とせず補填後に自家骨に置換させ、複数の脊椎骨の横突起どうしを連結するように固定することができる。
特開２００２−３３１０２７号公報

しかしながら、生体適合性の高い膜によりリン酸カルシウム顆粒を包んで縫合したもの、あるいは、リン酸カルシウム顆粒の表面にフィブリン糊を噴霧して固めたものを脊椎骨の横突起間に単に掛け渡すように配置するだけでは、脊椎骨の横突起と脊椎後方固定用材料との接触面積が小さく、脊椎後方固定用材料の自家骨化により複数の脊椎骨の横突起を連結状態に固定するには時間がかかるという問題が考えられる。また、接触面積が小さいままで自家骨化した場合にはその後の固定力が弱いという問題も考えられる。

この場合に、脊椎後方固定用材料と脊椎骨の横突起との接触面積を増大させる形状に脊椎後方固定用材料を予め形成することで上記不都合を解消することができる。しかしながら、脊椎骨の横突起間の距離、形状、寸法等には個人差があり、各患者の形状に合わせて脊椎後方固定用材料を形成しておくことは困難であった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、脊椎骨の横突起等の移植部位の個人差にかかわらず、短時間に、かつ、高い固定力で移植部位を固定する移植骨を製造することができる移植骨製造方法および移植骨製造装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、移植部位の骨形状に応じて変形する生体適合性材料からなる形状可変容器に、骨補填材と、血液成分と、血液凝固剤との混合物を収容するステップと、収容された混合物が凝固する前に、該混合物を収容した形状可変容器を移植部位に配置して変形させるステップとを備える移植骨製造方法を提供する。

本発明によれば、形状可変容器に骨補填材と血液成分と血液凝固剤との混合物を収容して移植部位に配置するので、混合物が凝固する前に、重力や押圧力等の外力の作用によって形状可変容器を移植部位の形状に倣って変形させることができる。これにより、形状可変容器内に収容されている混合物も移植部位の形状に適合する形状に変形させられる。そして、この状態で混合物が凝固されることにより、移植部位の形状にぴったりと適合する移植骨を製造することができる。すなわち、本発明によれば、移植部位が個人差によって異なっても、簡易に該移植部位に適合する形状の移植骨を製造することができる。

また、本発明に係る製造方法により製造された移植骨によれば、移植部位の形状に適合する形状を有しているので、移植部位に広い接触面積で接触することができ、その結果、自家骨化により迅速に移植部位を固定し、しかも、高い固定力を発揮することができる。

また、本発明は、移植部位の骨形状に応じて変形する生体適合性材料からなる形状可変容器を移植部位に配置して変形させるステップと、変形した形状可変容器内に、骨補填材と、血液成分と、血液凝固剤との混合物を収容するステップとを備える移植骨製造方法を提供する。

本発明によれば、形状可変容器を移植部位に配置し、重力や押圧力等の外力の作用によって形状可変容器を移植部位の形状に倣って変形させた後に、形状可変容器内に骨補填材と血液成分と血液凝固剤との混合物を収容し凝固させることにより、簡易に移植部位に適合する形状の移植骨を製造することができる。

上記発明においては、凝固した混合物を形状可変容器から取り出すステップを備えることとしてもよい。
このように構成することで、形状可変容器として生体非吸収性の生体適合性材料を採用することができる。形状可変容器が移植部位の形状に適合する形状に変形されるので、形状可変容器を十分に薄く構成しておけば、該形状可変容器から取り出される凝固した混合物も移植部位の形状に適合する形状に形成される。したがって、上記と同様に、自家骨化により迅速に移植部位を固定し、しかも、高い固定力を発揮することができる。

また、上記発明においては、前記形状可変容器が、バルーンからなることとしてもよい。
このように構成することで、バルーンに収容した混合物を移植部位の形状に合わせてバルーンとともに変形させることができ、簡易に移植部位の形状に適合する移植骨を製造できる。この場合に、バルーンによれば、混合物を漏れないように保持できるので、混合物が製造時に移植部位の周囲にこぼれることを防止でき、作業性を向上できる。

さらに、上記発明においては、前記形状可変容器が、上方に開口し前記混合物を収容する凹部を備える型部材からなることとしてもよい。
このように構成することで、凹部が上向きになるように型部材を移植部位に配置し、上方に開口する凹部に混合物を収容するので、簡易に混合物を収容できる。したがって、移植部位に予め配置された形状可変容器の凹部に後から混合物を収容する作業や、凹部から凝固した混合物を取り外す作業を容易に行うことができる。

上記発明においては、前記形状可変容器がゼラチン、コラーゲンまたはポリマーからなることとしてもよい。
ゼラチンやコラーゲンは生体吸収性を有するので、移植骨の製造後に移植部位から形状可変容器を除去する必要がなく、移植作業を容易にすることができる。一方、ポリマーによれば、生体吸収性は低いが、高い柔軟性を確保して、より容易に移植部位の形状に適合する形態に変形させることができる。

また、上記発明においては、前記血液成分が、少なくとも血小板とフィブリノーゲンとを含むこととしてもよい。
これらの血液成分は、自家末梢血等から容易に採取できる。したがって、生体内に異物を残すことのない、また、感染等の問題もない移植骨を製造することができる。

さらに、上記発明においては、前記血液成分が、多血小板血漿からなることが好ましい。
多血小板血漿によれば、血小板およびフィブリノーゲンが多く含まれるとともに、混合物を自家骨化させるための幹細胞の成長を促進する成長因子が多く含まれるので、移植部位への補填後、早期に移植部位を修復することができる。

また、本発明は、骨補填材と、血液成分と、血液凝固剤との混合物を収容する凹部を備えるとともに、移植部位の形状に合わせて形状を変形可能な生体適合性材料からなる移植骨製造装置を提供する。
本発明によれば、移植部位に配置して移植部位に密着するように変形させることで、移植部位に適合する形状に凹部を形成することができる。したがって、そのような凹部内に予め骨補填材と血液成分と血液凝固剤とを収容して変形させることにより、あるいは、変形後の凹部に骨補填材と血液成分と血液凝固剤との混合物を収容することにより、移植部位の形状に適合する移植骨を容易に製造することができる。

上記発明においては、前記形状可変容器がゼラチン、コラーゲンまたはポリマーからなることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記血液成分が、少なくとも血小板とフィブリノーゲンとを含むこととしてもよい。
さらに、前記血液成分が、多血小板血漿からなることが好ましい。

本発明によれば、脊椎骨の横突起等の移植部位の個人差にかかわらず、短時間に、かつ、高い固定力で移植部位を固定する移植骨を製造することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る移植骨製造方法について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る移植骨製造方法は、脊椎骨Ａの横突起Ａ_１等の移植部位（図２参照。）の形状に応じて変形する生体適合性材料からなる形状可変容器１に、骨補填材２と多血小板血漿３（Platelet Rich Plazma、以下、ＰＲＰと言う。）と血液凝固剤４とのゲル状の混合物５を収容し、収容された混合物５が凝固する前に、該混合物５を収容した形状可変容器１を移植部位に配置して変形させる方法である。

骨補填材２としては、例えば、βリン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ）顆粒が用いられる。血液凝固剤４としては、例えば、トロンビン（以下、トロンビン４と言う。）が用いられる。
形状可変容器１としては、例えば、ポリエチレン等の生体適合性のポリマーからなるバルーン（以下、バルーン１と言う。）が用いられる。

図１は、本実施形態に係る移植骨製造方法においてバルーン１内に混合物５を収容するための充填装置６である。この充填装置６は、液体状のＰＲＰ３を注入するための第１のシリンジ７と、液体状のトロンビン４を注入するための第２のシリンジ８と、顆粒状の骨補填材２を投入するためのチューブ９とを単一の管部材１０の一端に接続したものである。管部材１０の他端には、上記形状可変容器であるバルーン１が取り付けられるようになっている。図中、符号１１はバルーン１を管部材１０の先端に取付状態に維持するための留め具である。

本実施形態に係る移植骨製造方法を実施するには、まず、上記充填装置６により、バルーン１内に混合物５を充填する。具体的には、図２に示されるように、患者の脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間距離を確認し、複数の横突起Ａ_１間に掛け渡される長さとなるように骨補填材２をチューブ９からバルーン１内に投入する。次いで、投入した骨補填材２の量に応じた量のＰＲＰ３およびトロンビン４をシリンジ７，８の操作によってバルーン１内に注入する。必要に応じてバルーン１を手で揉む等して内部の骨補填材２、ＰＲＰ３およびトロンビン４を均一に混合することにより、バルーン１内に均一なゲル状の混合物５が収容される。

ＰＲＰ３中に存在するフィブリノーゲンとトロンビン４とが反応して凝固するには、ある程度の時間を要するため、上記の状態においてはまだ凝固反応は進んでおらず、ゲル状の混合物５を収容したバルーン１は任意の形態にその形状を変更することができるようになっている。
この状態で、留め具１１を外して管部材１０からバルーン１を切り離し、図２に示されるように、横突起Ａ_１間に掛け渡すように移植部位に配置する。この際に、必要に応じてバルーン１の口を縛り、あるいは、クリップ等によって閉じることにより、内部のゲル状の混合物５が漏れないようにすることが好ましい。

そして、重力の作用により、あるいは、外部から押圧力を付与することにより、バルーン１を横突起Ａ_１に押し付けると、図３に示されるように、バルーン１および内部の混合物５が横突起Ａ_１の形状に倣って変形させられる。すなわち、バルーン１が横突起Ａ_１に押し付けられることにより、バルーン１の外面形状が横突起Ａ_１との接触面積を増大させるように変形させられる。

この状態で、所定の時間保持することにより、骨補填材２とＰＲＰ３とトロンビン４との混合物５がバルーン１内において凝固し、その形状で固化した移植骨１２が製造されることになる。
この後に、図３に示されるように、バルーン１を切り取って除去することにより、移植骨１２が脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間に掛け渡された状態で移植部位に残される。移植骨１２は、横突起Ａ_１に密着する形状を有しているので、広い接触面積で横突起Ａ_１に接触する。

このように、本実施形態に係る移植骨製造方法によれば、移植後に自家骨化した際に、横突起Ａ_１にしっかりと固定される移植骨１２を製造することができ、その結果、製造された移植骨１２により、脊椎骨Ａ間の固定力を高めることができるという利点がある。

なお、本実施形態に係る移植骨製造方法においては、移植部位として脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間に掛け渡す場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図４に示されるように、皮膚１３および筋肉組織を切開して露出した骨欠損部１４の内部に移植骨１２を補填する場合にも適用することができる。図中、符号１５は、バルーン１および管部材１０の骨欠損部１４までの挿入を容易にするためのトラカールである。なお、管部材１０としては、硬性鏡先端の挿入部を利用し、硬性鏡内部に形成されたチャネルを通して、骨補填材２、ＰＲＰ３およびトロンビン４をバルーン１内に投入することにしてもよい。

また、充填装置６として、２つのシリンジ７，８とチューブ９とが接続された管部材１０を有するものを例に挙げたが、これに限定されるものではなく、図５に示されるように、バルーン１に管部材１０の一端を取り付けることで充填装置６′を構成し、管部材１０の他端から、骨補填材２、ＰＲＰ３およびトロンビン４を順次投入することにしてもよい。また、管部材１０を設けることなく、バルーン１に直接、骨補填材２、ＰＲＰ３およびトロンビン４を投入することにしてもよい。

また、図６に示されるように、充填装置６に攪拌装置１６が備えられていることとしてもよい。攪拌装置１６は、管部材１０のチャネル１７に進退可能に挿入された攪拌棒１８と該攪拌棒１８の一端に取り付けられた攪拌片１９とを備え管部材１０のチャネル１７から突出する攪拌棒１８の他端のハンドル２０を操作して、管部材１０の先端側で攪拌片１９を進退および回転させることにより、管部材１０の先端側に投入した骨補填材２、ＰＲＰ３およびトロンビン４のゲル状の混合物５を均一に攪拌することができる。

図中符号２１は、攪拌棒１８が所定量以上突出しないように支持するストッパである。ストッパ２１の位置はネジ等により調節できるようになっている。このように構成することで、バルーン１内に投入した混合物５を攪拌することができるとともに、切開部が小さい場合においても管部材１０を体内に挿入し、先端を骨欠損部１４に配置して、該骨欠損部１４に投入した混合物５を均一に攪拌して移植骨１２を製造することができる。
また、攪拌棒１８の先端に設けた攪拌片１９を鉤形に形成することで、ゲル状の混合物５を引っかけて持ち上げ、投入するＰＲＰ３が骨欠損部１４の底面まで浸透するようにしてもよい。

また、バルーン１の材料として、ポリエチレン等の生体適合性のポリマーを例示したが、ポリマーとしては、軟質塩化ビニル樹脂、ポリウレタン、シリコーンゴム、ポリアミドエラストマー、軟質フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等を採用できる。また、ポリマーに代えて、コラーゲンやゼラチン等の生体吸収性の材料を採用してもよい。このように構成することで、移植骨１２が固化した後にバルーン１を除去しなくても移植部位において吸収されて消滅するので、バルーン１を除去する作業を不要とすることができるという利点がある。

また、骨補填材２としては、β−ＴＣＰに代えて、その他のリン酸カルシウム多孔体等を採用してもよい。また、血液成分としては、ＰＲＰ３に代えて、血小板とフィブリノーゲンとの混合液あるいは末梢血を採用してもよい。また、血液凝固剤４はトロンビンに限定されるものではない。

次に、本発明の第２の実施形態に係る移植骨製造方法および移植骨製造装置３０について、図７〜図１０を参照して説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態の説明に用いたものと同一の構成要素については同一の符号を付して、説明を省略する。

本実施形態に係る移植骨製造装置３０は、脊椎骨Ａの横突起Ａ_１等の移植部位の形状に応じて変形する生体適合性材料からなる形状可変容器であって、ポリエチレン等のポリマーによって板状に形成され、その一面に、骨補填材２とＰＲＰ３とトロンビン４との混合物５を収容する凹部３１を備えている。
移植骨製造装置３０は、複数の脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間に掛け渡される長さを有するとともに、その凹部３１も複数の脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間に掛け渡される長さを有している。

このように構成された本実施形態に係る移植骨製造装置３０を用いた移植骨製造方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る移植骨製造方法は、図８に示されるように、上記移植骨製造装置３０を複数の脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間に掛け渡した状態で移植骨製造装置３０に重力等の外力を作用させて横突起Ａ_１の外面に倣うように変形させる。

これにより、移植骨製造装置３０に設けられた凹部３１も横突起Ａ_１の外面に沿うように変形する。この状態で、図９に示されるように、骨補填材２とＰＲＰ３とトロンビン４との混合物５を凹部３１に収容し、凝固させる。これにより、製造される移植骨１２は凹部３１の形状の通りに形成される。

その後、図１０に示されるように、移植骨１２を移植骨製造装置３０の凹部３１から取り外し、移植骨製造装置３０を除去することにより、移植骨１２を脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間に掛け渡すことができる。移植骨１２は、横突起Ａ_１に密着する形状に形成された凹部３１の形状通りに形成されているので、移植骨製造装置３０を除去して横突起Ａ_１間に直接掛け渡すことにより、横突起Ａ_１に広い接触面積で密着することができる。その結果、移植後に移植骨１２が自家骨化したときに、横突起Ａ_１に堅固に固着するようになる。

このように、本実施形態に係る移植骨製造装置３０および移植骨製造方法によっても、移植後に自家骨化した際に、横突起Ａ_１にしっかりと固定される移植骨１２を製造することができ、その結果、製造された移植骨１２により、脊椎骨Ａ間の固定力を高めることができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、予め移植骨製造装置３０を脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間に配置して変形させた後にゲル状の混合物５を投入することとしたが、これに代えて、移植骨製造装置３０の凹部３１にゲル状の混合物５を投入した状態で脊椎骨Ａの横突起Ａ_１間に配置し、その後に変形させることとしてもよい。

また、移植骨製造装置３０の材料として、ポリエチレン等の生体適合性のポリマーを例示したが、ポリマーとしては、軟質塩化ビニル樹脂、ポリウレタン、シリコーンゴム、ポリアミドエラストマー、軟質フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等を採用できる。また、ポリマーに代えて、コラーゲンやゼラチン等の生体吸収性の材料を採用してもよい。このように構成することで、移植骨が固化した後に移植骨製造装置３０を除去しなくても移植部位において吸収されて消滅するので、移植骨製造装置３０を除去する作業を不要とすることができるという利点がある。

また、骨補填材２としては、β−ＴＣＰに代えて、その他のリン酸カルシウム多孔体等を採用してもよい。また、血液成分３としては、ＰＲＰに代えて、血小板とフィブリノーゲンとの混合液あるいは末梢血を採用してもよい。また、血液凝固剤４はトロンビンに限定されるものではない。

本発明の第１の実施形態に係る移植骨製造方法に用いる充填装置を示す模式図である。 図１の充填装置を用いて製造されたバルーン内のゲル状の混合物を脊椎骨の横突起間に配置する状態を示す図である。 図２のゲル状の混合物が凝固した後にバルーンを切除する状態を示す図である。 図１の充填装置の変形例を示す図である。 図１の充填装置の他の変形例を示す図である。 図１の充填装置の他の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る移植骨製造装置を示す斜視図である。 図７の移植骨製造装置を脊椎骨の横突起間に配置した状態を示す斜視図である。 図８の移植骨製造装置の凹部にゲル状の混合物を充填した状態を示す斜視図である。 図７の移植骨製造装置により製造された移植骨が脊椎骨の横突起間に配置されている状態を示す斜視図である。

符号の説明

Ａ 脊椎骨（移植部位）
１ バルーン（形状可変容器）
２ 骨補填材
３ ＰＲＰ（血液成分）
４ トロンビン（血液凝固剤）
５ 混合物
１２ 移植骨
３０ 移植骨製造装置（形状可変容器：型部材）
３１ 凹部

Claims (12)

1. 移植部位の骨形状に応じて変形する生体適合性材料からなる形状可変容器に、骨補填材と、血液成分と、血液凝固剤との混合物を収容するステップと、
   収容された混合物が凝固する前に、該混合物を収容した形状可変容器を移植部位に配置して変形させるステップとを備える移植骨製造方法。
2. 移植部位の骨形状に応じて変形する生体適合性材料からなる形状可変容器を移植部位に配置して変形させるステップと、
   変形した形状可変容器内に、骨補填材と、血液成分と、血液凝固剤との混合物を収容するステップとを備える移植骨製造方法。
3. 凝固した混合物を形状可変容器から取り出すステップを備える請求項１または請求項２に記載の移植骨製造方法。
4. 前記形状可変容器が、バルーンからなる請求項１から請求項３のいずれかに記載の移植骨製造方法。
5. 前記形状可変容器が、上方に開口し前記混合物を収容する凹部を備える型部材からなる請求項１から請求項３のいずれかに記載の移植骨製造方法。
6. 前記形状可変容器がゼラチン、コラーゲンまたはポリマーからなる請求項１から請求項５のいずれかに記載の移植骨製造方法。
7. 前記血液成分が、少なくとも血小板とフィブリノーゲンとを含む請求項１から請求項５のいずれかに記載の移植骨製造方法。
8. 前記血液成分が、多血小板血漿からなる請求項７に記載の移植骨製造方法。
9. 骨補填材と、血液成分と、血液凝固剤との混合物を収容する凹部を備えるとともに、
   移植部位の形状に合わせて形状を変形可能な生体適合性材料からなる移植骨製造装置。
10. 前記形状可変容器がゼラチン、コラーゲンまたはポリマーからなる請求項９に記載の移植骨製造装置。
11. 前記血液成分が、少なくとも血小板とフィブリノーゲンとを含む請求項９または請求項１０に記載の移植骨製造装置。
12. 前記血液成分が、多血小板血漿からなる請求項１１に記載の移植骨製造装置。

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