JP2007518462A - 椎間板髄核を置換するための方法および装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コラーゲンスカフォールドや豚の小腸粘膜下組織(SIS)に由来する、生体適合性を持つ移植片で変性した髄核を置き換える装置もしくは方法を提供する。
【解決手段】小腸粘膜下組織(SIS)を有し、低侵襲で髄核を増補もしくは置換する方法およびこれに対応する装置が開示される。この方法は、椎間板の高さ維持を支援し、元来の髄核構造の再生を促進する、小腸粘膜下組織(SIS)を備えた、椎間板の髄核を増補もしくは置換する材料の注入に関する。この装置は、ストリップ、コード、紐、チューブ、巻物もしくはペレットのような細長い形状をもって構成される。これらは、生体活性因子や播種細胞を備えていてもよい。
【選択図】図1

Description

開示の内容
〔発明の分野〕
本発明は、髄核を修復かつ/または回復させることによって、椎間板の障害を原因とする背痛を治療するための方法および器具に関する。
〔発明の背景〕
椎間板の損傷および/もしくは変性は、椎間板ヘルニア、椎間板線維輪の破裂および/もしくは髄核脱出の結果として背痛の原因となる。ヘルニアや髄核脱出は、脊柱管および椎孔の狭窄原因となる。いずれにしても脊髄を刺激する化学走化性因子を放出させることになる。線維輪および/もしくは髄核に対する急性の損傷は、椎間板の生体力学的機能に異常を来し、その結果椎間板の変性を引き起こす。
椎間板切除術、椎弓切除術、椎弓切開術および/もしくは脊椎固定術は、椎間板疾患における最先端の外科治療技術である。しかし、プローブを用いた椎間板の加熱は、「溶融」による欠陥の原因となっており、髄核への治療物質の注入もまた髄核および線維輪の欠陥を触発する充填材となっている。
いくつかの人工補助用具や髄核補填器具などについては、限られた研究が行われている。評判のよい髄核補填材は、生体内硬化材(バッグに封入された生体内硬化型ポリウレタンおよび生体内硬化プロテインポリマー)もしくは比較的固形のハイドロゲル(超高分子量ポリエチレンの枕に入っているレイ・メディカル(Ray Medical)社のハイドロゲルやハウメディカ(Howmedica)社のハイドロゲルボール)である。生体内補填において、注入材補填器具では手術中に椎間板の間から染み出たり漏れ出たりする可能性がある。
ラムブレヒト他(Lambrecht et al.)(PCT特許出願第WO0112107A1号)は、線維輪を修復して髄核を支えるための固定手段を備え、生体適合性材料で形成されたプラグのような人工壁を開示している。開示された材料は、コラーゲンやセルロース、そしてハイドロゲルなどの柔軟性のある生体適合性材料や繊維性材料を含む。また、これらは好ましい実施例として示されていないが、組織内成長を促す多孔性材料や生体吸収性材料も開示されている。
フェレ(Ferree)(PCT特許出願第WO0110316号、米国特許第6,245,107号)は、第1の挿入可能状態で椎間板に挿入した後に膨張させ、復元させるか凝固させて欠陥部を塞ぎ第2の挿入可能状態とする材料を用いた、線維輪の欠陥の治療を開示している。生体吸収性材料は述べられているが、組織形成可能な材料については開示されておらず、SIS(小腸粘膜下組織)の記述もない。ハルディマン(Haldimann)(PCT特許出願第WO0062832号)は、椎間板の欠陥部に注入して隣接組織との付着に使用するための、生体内で治療可能な高分子接着剤を開示している。グアグリアノ(Guagliano)とロス(Ross)(米国特許第6,206,921B1号)は、注入可能でセッティングを行う弾性材料によって髄核を置き換えるために用いる、ハルディマンと類似のシステムを開示している。
ストーバル(Stovall)(PCT特許出願第WO9904720号)は、椎間板ヘルニアを治療するためのハイドロゲルを含んだ細胞の使用を開示している。バオ(Bao)とユエン(Yuan)(PCT特許出願第WO9961084号)は、生物学上の開口部を塞いで組織を内方成長させる、膨張可能な多孔性材料を開示している。フェルト他(Felt et al.)(米国特許第6,140,452号)は、組織部分の修復のために注入して治療を行うポリウレタンを開示している。シャーキー他(Sharky et al.)(米国特許第6,126,682号)は、シール剤を送り込める欠陥部を溶解するための、線維輪の加熱方法を開示している。ガン他(Gan et al.)(米国特許第5,964,807号)は、椎間板の修復に使用可能なゾル−ゲル状生物活性物質を含んだ、多孔性のハイブリッド材料を開示している。プルーア他(Plouhar et al.)(米国特許第5,922,028号)は、回復すべき軟骨構造の解剖学的形状になるように成形された、腸粘膜下組織の安全な層を有する組織の移植片を開示している。
しかしながら先行技術は、好ましくはコラーゲンスカフォールドや豚の小腸粘膜下組織(SIS)に由来する、生体適合性を持つ移植片で変性した髄核を置き換える装置もしくは方法については何等開示していない。このような装置は、後述の説明および請求の範囲に示すような、椎間板の高さを回復させて適切な椎間板の動作維持に適した装置とすることを想定している。
〔発明の概要〕
本発明の実施例は、
1)椎間板の治療部位を備える工程と、
2)椎間板の線維輪の側壁にカニューレ状の挿入具を突き挿す工程と、
3)小腸粘膜下組織(SIS)をこのカニューレ状の挿入具を通して髄核へ挿入する工程と、
を含む、椎間板の髄核を増補もしくは置換する低侵襲の方法に関する。
本発明の他の実施例は、
1)椎間板の治療部位を備える工程と、
2)椎間板の線維輪の側壁にカニューレ状の挿入具を突き挿す工程と、
3)延ばされた髄核の増補もしくは置換の材料をこのカニューレ状の挿入具を通して髄核へ挿入する工程と、
を含む、椎間板の髄核を増補もしくは置換する低侵襲の方法に関する。
これらSISおよび髄核増補もしくは置換材料の好ましい形状は細長いものであり、ストリップ、コード、紐、チューブ、巻物およびペレットの形状でもよく、またこれらの組み合わせであってもよい。
以下に開示し特許請求の範囲としたように、本発明の更なる実施例は、細胞播種および/もしくは生体活性因子で処理された、SISおよび髄核増補もしくは置換材料の準備とその使用を含む。
本発明の利益は、特に椎間板の高さ維持や髄核の漏出を妨げることにおいて、また元の髄核構造の再生を促す好ましい実施例において、椎間板の修復に低侵襲の方法を提供するという事実を含む。
〔発明の詳細な説明〕
本発明の実施例は、椎間板の髄核を小腸粘膜下組織(SIS)で増補もしくは置換するための装置および方法に関する。
SISは、天然の細胞外コラーゲンを基礎とするマトリクスである。SISは、米国特許第5,372,821号に詳細に開示されており、この内容を参照して本明細書に組み入れる。この‘821号特許の記述にあるように、SISは温血脊椎動物の腸組織の断片であって粘膜下組織とその粘膜の基底組織を有し、これら粘膜下組織と基底組織は、腸組織断片の粘膜の筋層および管腔部から薄い層に剥離したものである。SISは、サイトカインおよび増殖因子を含み、生体内で再呼吸可能な、少量の瘢痕組織体で軟組織再生を促すスカフォールドとして機能する。SISは、それぞれの適応に合わせて様々な大きさと厚さの積層板に加工してもよい。SISの成功例は、硬膜置換、回旋腱板修復、腱や脈管の再生、腹壁や膀胱壁の再生などへの適用がある。しかしながら、これらの発明者が研究を開始し方向付けを行う以前は、SISが椎間板の欠陥の再生促進能力があることを確定するために研究されていたことは知られていなかった。
本発明で使用するSISは、望ましくは低侵襲法において椎間板の髄核に供給される。このため、SISの形状は目的を達成するための調整が可能である。
いくつかの実施例において、髄核移植片は、材料をカニューレや線維輪にできた欠陥、切込みもしくは穴を介して挿入可能とする幅の狭い特徴を持つような細長い形状を有する。顕微鏡椎間板切除術は、時には線維輪に形成した5mmの穿孔器で開けた穴を介して行われる。5mmの穴を通して挿入される適切な細長い材料の一例には、直径5mmで長さ10mmのペレットがある。
図1aから図1dは、細長い形状のSISである好ましいペレット形状の準備手順を示す。図1aを参照すると、天然のSIS1がミシン目2に沿って切断され、シート状(図示せず)に広げもしくは伸長される。図1bは、図1cに示すようなSISロール4を形成するために、適切な直径に巻かれ始めたシート3の形状としてのSISを表す。状況に応じ、SISロール4は、図1dに示すように、施術中の切断を必要としないよう個々の長さ5に切断される。
このように、本発明の実施例は、
1)SISの元を準備する工程と、
2)SISをシート状に切り開く工程と、
3)所望の直径にSISシートを巻く工程と、
を備えた小腸粘膜下組織(SIS)の移植片を準備する方法に関する。
別な方法としては、線維輪に十字型の切込みを入れてもよい。細長い形状は、挿入場所とは異なる如何なる方向においても、材料が髄核外に押し出されることを緩和する十分な大きさである。好ましい形状としては、例えばストリップ、コード、紐、チューブ、巻物およびペレットなどを含む。これらの材料の椎間板への充填は、突出を緩和するまで十分に注入を行えば、更に椎間板間隔の狭窄を止める構造上の支持を提供する。
他の実施例において、髄核移植は、細分化された形成物もしくは多数の微粒子を注入する工程を備える。これらの形成物は組織の内側への成長のための広い表面積を持つ優位性がある。粉砕もしくは微粒子化された材料の好ましい例として、繊維、粉末、球状物および顆粒などがある。この微粒子は、材料の運搬を容易にする生体適合性媒体の中で浮遊させておくことが可能であり、組織の内方成長や細胞分化(小片)を促進させる作用物質を含んでいてもよい。
更に他の実施例において、微粒子は、2つの方法の利点を組み合わせるために上述の細長い材料に混入させてもよい。
更に他の実施例において、混合物を予め形成した構造体を作成するために、微粒子を細長い材料と混合することもできる。例えば、繊維の形での細かく砕いたSISは、(上述したような)SISシート中に巻き込むことが可能であり、合成ペレットを形成するため任意に切断してもよい。
本発明の他の実施例は、椎間板のスペースへの材料注入を容易にする潤滑剤を使用して髄核移植片を増補させ、また一部の例では、増大させた再生領域に新たな組織再生を助長するための細胞を供給することを意図するものである。例は、ヒアルロン酸、多血小板血漿および骨髄吸引液を含む。
本発明の他の実施例において、髄核を増補もしくは置換する材料は、生体適合性を有する多孔性材料、すなわち害がなく、身体、例えば人間における好ましくない免疫反応の原因とならない材料を含む。この生体適合性材料は、非生体吸収性材料でも生体吸収性材料でもよい。
このSIS材料と同様に、髄核増補もしくは置換材料の多孔質性によって、この材料は細胞外マトリクスを占有して生産を行うための細胞の足場として機能することが可能である。修復細胞は移植後の環境から移動させるか、移植前の修復材料に播種しておくことができる。加えて、生物活性因子を髄核の増補もしくは置換の材料やSIS材料に使用したりまた組み込んだりすることも可能である。
非生体吸収性の髄核増補もしくは置換材料の例は、ポリアクレート、エチレンビニルアセテート(および他のアシル置換セルロースアセテート)、ポリエステル(ダクロン(商標))、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリビニルオキシド、フッ化ビニル樹脂、ポリビニルイミダゾール、クロロスルホン化ポリオレフィン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロンおよびこれらの組み合せがあるが、これに限定されるものではない。
本発明の髄核を増補もしくは置換する材料は、好ましくは多孔性で組織形成可能な生体吸収性の材料であり、最終的には完全に修復組織に置き換えられることが望ましい。このように、椎間板の欠陥修復は、組織再生を一時的に支持する構造として機能し、結果として本来持って生まれた修復組織の構造になる。好ましくは、本発明での分解産物は、通常の代謝経路を通じて体内で容易に処理される。
適切な生体吸収性の髄核増強もしくは置換材料は、コラーゲン、ヒアルロン酸、エラスチン、アルブミン、レチクリン、プロラミン、多糖類、アルギン酸塩、へパリン、糖ユニットの生分解性高分子、ポリラクチドを含む合成高分子、ポリグリコライド(polyglycolide)、ポリジオキサノン(polydioxanone)、ポリヒドロキシブチレート(polyhydroxybutyrate)、ポリヒドロキシ吉草酸塩、ポリプロピレンフマレート(poly (propylene fumarate))、ポリオキサエステル(polyoxaesters)、合成ポリアミノ酸、生分解性ポリウレタンとその共重合体、およびこれらの組み合わせを含む。本発明の好ましい実施例において、多孔性の修復材料は、前述の材料を引き伸ばした繊維を含む織物構造を有する。更に好ましい実施例においては、この繊維が前述の適切な足場の構造体に織られるか編み込まれる。
本発明の方法は、図2および図3を参照することでより十分に理解することができる。
図2は、髄核領域12と線維輪もしくは環状輪13を有する椎間板10の断面図を示す。髄核を増補もしくは置換する注入材料16を挿入するための通路14を提供するために、カニューレが環状輪13の側壁を介して挿入される。図2は実質的に、通路14内および椎間板10の髄核領域12内のいくつかの材料16を示す。
図3は髄核12内に材料16の送出を適切に行う用具30を示す。特に、器具30はカニューレ状の送出管32およびプランジャー34を具備する。図の実施例において、髄核を増補もしくは置換する材料16は、断片で表されている。一方この断片は、前述したように粉末化された状態および微粒子の状態のような髄核増補または置換の材料16の別の種類もしくは形状と置換もしくは併せて使用されてもよいものと理解される。
したがって、本発明の低侵襲法はその本質的要素において、
1)椎間板の治療部位を備える工程と、
2)椎間板の線維輪の側壁にカニューレ状の挿入具を突き挿す工程と、
3)小腸粘膜下組織(SIS)をこのカニューレ状の挿入具を通して髄核へ挿入する工程と、
を含む。
更に、別の実施例は、
1)椎間板の治療部位を備える工程と、
2)椎間板の線維輪の側壁にカニューレ状の挿入具を突き挿す工程と、
3)延ばされた髄核の増補もしくは置換する材料をこのカニューレ状の挿入具を通して髄核へ挿入する工程と、
を含む、低侵襲法に関する。
代案として、前述の2つの方法は、まず挿入を線維輪に行い、この挿入場所の近傍に(すなわち挿入とは別の位置に)カニューレを設置して、SISまたは細長い髄核増補もしくは置換の材料を線維輪の穴を介して髄核へ導入させるような方法に変更してもよい。
この方法はまた、髄核増補もしくは置換の材料の送出とこの送出器具を取り除いた後に、カニューレ状の送出器具によって形成された通路を縫合する工程も意図している。この縫合は、線維輪がカニューレ状の送出器具で穿孔される以前とほぼ同様の状態に戻るという線維輪の柔軟性のため、容易に成し遂げられるはずである。
線維輪の柔軟性のおかげで挿入を行うことができる。末端部分の直径は、完全なる注入を確実にするため、好ましくは線維輪の欠陥の直径と同じか僅かに大きい。
いくつかの実施例では、移植後での挿入孔周辺のヘルニアを防ぐため、カニューレ状の器具で形成した線維輪の挿入孔の封孔処理を助ける接着剤もしくはシーリング材を用いて上述の材料を補強する。可能な材料としては、トロンビンで凝固させた多血小板血漿、フィブリン糊、シアノアクリレート、架橋タンパク質(グルタルアルデヒドとアルブミン)と架橋重合体、および筋肉接着タンパク質などがある。
本発明はまた、本発明のSIS材料、または髄核を増補もしくは置換する材料を、移植の前の一定の期間、組織修復細胞と密着させるか、でなければ育成させることが可能であることを意図するものである。代わりに、生体活性因子は、移植前に修復材料に吸着もしくは吸収させてもよい。
好ましい修復細胞の例は、髄核細胞と線維輪細胞のような、身体の椎間板から採取した細胞を含む。他の例としては、幹細胞、骨髄細胞、繊維細胞、含脂肪細胞および軟骨細胞があるが、これらに限定されるものではない。
また、適切な修復細胞は、骨髄吸引液、多血小板血漿、乏血小板血漿、全血、血清または他の自系の媒質などについて、SISや髄核増補もしくは置換のための材料を浸したりコーティングしたり、また密着させたりして得ることができる。
適切な生体活性因子の例としては、形質転換成長因子β、成長因子と同分類に属するエージェント、血小板由来増殖因子、線維芽細胞増殖因子、インスリン様増殖因子、RGD−ペプチドやインディアンヘッジホッグタンパク質のようなタンパク質重合体、抗炎症剤、血管新生因子、ホルモンおよびヒアルロン酸などがあるが、これらに限定されるものではない。
適切な形質転換成長因子βや成長因子と同分類に属するエージェントのより具体的な例は、TGF−β1、TGF−β2、TGF−β3、GDF−5、MP52、BMP(骨形成タンパク質)などであるが、これらに限定されるものではない。
更に、脊椎の終板は、SISや髄核増補もしくは置換の材料の再造形のための適切な栄養供給を行う椎間板領域内への出血原因となるために、剥ぎ取る「掻き取る/抜き取る」ことが可能である。
本発明のこれまでの内容および記述は実例および解説のためのものであり、好ましい実施例の説明のみならず、その寸法、形状および材料においても、本発明の精神から逸脱しない範囲で多くの変更が可能である。
〔実施の態様〕
(1)小腸粘膜下組織(SIS)を有し、椎間板の髄核を増補もしくは置換するための装置。
(2)実施態様1に記載の装置において、
前記SISは細長い形状である、装置。
(3)実施態様2に記載の装置において、
前記細長い形状は、ストリップ、コード、紐、チューブ、巻物、ペレットおよびこれらの組み合わせからなるグループから選択される、装置。
(4)実施態様3に記載の装置において、
前記細長い形状はペレットである、装置。
(5)実施態様3に記載の装置において、
前記細長い形状はストリップである、装置。
(6)実施態様3に記載の装置において、
前記細長い形状はコードである、装置。
(7)実施態様3に記載の装置において、
前記細長い形状は紐である、装置。
(8)実施態様3に記載の装置において、
前記細長い形状はチューブである、装置。
(9)実施態様3に記載の装置において、
前記細長い形状は巻物である、装置。
(10)実施態様9に記載の装置において、
前記巻物内に、微粒子もしくは方向の揃えられた小腸粘膜下組織の形状を更に含む、装置。
(11)実施態様1〜10のいずれかに記載の装置において、
生体活性因子もしくは播種細胞を更に含む、装置。
(12)実施態様11に記載の装置において、
前記生体活性因子は、形質転換成長因子β、成長因子と同分類に属するエージェント、血小板由来増殖因子、線維芽細胞増殖因子、インスリン様増殖因子、RGD−ペプチドやインディアンヘッジホッグタンパク質のようなタンパク質重合体、抗炎症剤、血管新生因子、ホルモン、ヒアルロン酸、およびこれらの組合せからなるグループから選択される、装置。
(13)実施態様12に記載の装置において、
前記形質転換成長因子βおよび前記成長因子と同分類に属するエージェントは、TGF−β1、TGF−β2、TGF−β3、GDF−5、MP−52、BMP(骨形成タンパク質)に限定されない、装置。
(14)実施態様11に記載の装置において、
前記播種細胞は、幹細胞、骨髄細胞、線維細胞、含脂肪細胞、軟骨細胞、髄核細胞や線維輪細胞のような、身体の椎間板から採取した細胞、およびこれらの組合せからなるグループから選択される、装置。
(15)実施態様14に記載の装置において、
前記播種細胞は幹細胞である、装置。
(16)椎間板の髄核を増補もしくは置換する材料を低侵襲で供給する装置において、
近位端および遠位端を有するカニューレ状の送出管と、
前記送出管の前記近位端に挿入するためのプランジャーであって、前記プランジャーが前記送出管の前記近位端から前記遠位端に押し進められるにつれて、前記増補もしくは置換する材料の注入を行う、プランジャーと、
前記カニューレ状の送出管に挿入するための、椎間板の髄核を増補もしくは置換する材料と、を更に備えた、装置。
小腸粘膜下組織(SIS)材料の切開線を示すミシン目のある断片の縦面図である。 材料が広げられて巻かれ始めた図1aのSIS材料を示す。 図1bの材料が完全に巻かれ、切断する位置をミシン目で示したものを示す。 図1cのミシン目で切断された、図1cの巻かれた材料の巻断片を示す。 髄核を増補もしくは置換するための、椎間板に材料を挿入する最低限の侵襲手順を示す。 椎間板の髄核領域内に挿入すべき材料断片のための適切な挿入器具の図である。

Claims (16)

  1. 小腸粘膜下組織(SIS)を含み、椎間板の髄核を増補もしくは置換するための装置。
  2. 請求項1に記載の装置において、
    前記SISは細長い形状である、装置。
  3. 請求項2に記載の装置において、
    前記細長い形状は、ストリップ、コード、紐、チューブ、巻物、ペレットおよびこれらの組み合わせからなるグループから選択される、装置。
  4. 請求項3に記載の装置において、
    前記細長い形状はペレットである、装置。
  5. 請求項3に記載の装置において、
    前記細長い形状はストリップである、装置。
  6. 請求項3に記載の装置において、
    前記細長い形状はコードである、装置。
  7. 請求項3に記載の装置において、
    前記細長い形状は紐である、装置。
  8. 請求項3に記載の装置において、
    前記細長い形状はチューブである、装置。
  9. 請求項3に記載の装置において、
    前記細長い形状は巻物である、装置。
  10. 請求項9に記載の装置において、
    前記巻物内に、微粒子もしくは方向の揃えられた小腸粘膜下組織の形状を更に含む、装置。
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載の装置において、
    生体活性因子もしくは播種細胞を更に含む、装置。
  12. 請求項11に記載の装置において、
    前記生体活性因子は、形質転換成長因子β、成長因子と同分類に属するエージェント、血小板由来増殖因子、線維芽細胞増殖因子、インスリン様増殖因子、RGD−ペプチドやインディアンヘッジホッグタンパク質のようなタンパク質重合体、抗炎症剤、血管新生因子、ホルモン、ヒアルロン酸、およびこれらの組合せからなるグループから選択される、装置。
  13. 請求項12に記載の装置において、
    前記形質転換成長因子βおよび前記成長因子と同分類に属するエージェントは、TGF−β1、TGF−β2、TGF−β3、GDF−5、MP−52、BMP(骨形成タンパク質)に限定されない、装置。
  14. 請求項11に記載の装置において、
    前記播種細胞は、幹細胞、骨髄細胞、線維細胞、含脂肪細胞、軟骨細胞、髄核細胞や線維輪細胞のような、身体の椎間板から採取した細胞、およびこれらの組合せからなるグループから選択される、装置。
  15. 請求項14に記載の装置において、
    前記播種細胞は幹細胞である、装置。
  16. 椎間板の髄核を増補もしくは置換する材料を低侵襲で供給する装置において、
    近位端および遠位端を有するカニューレ状の送出管と、
    前記送出管の前記近位端に挿入するためのプランジャーであって、前記プランジャーが前記送出管の前記近位端から前記遠位端に押し進められるにつれて、前記増補もしくは置換する材料の注入を行う、プランジャーと、
    前記カニューレ状の送出管に挿入するための、椎間板の髄核を増補もしくは置換する材料と、を更に備えた、装置。
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