JP2008104890A - 骨移植成長を刺激するための歪み−誘導円錐ネジ - Google Patents

Abstract

【課題】整形外科学および外傷学における骨の再構築の分野における課題、骨の断片が骨失損のためになくなる「偽関節失損」の対応における課題を解決するための手段の提供。
【解決手段】骨の表面における骨形成の誘導のため、および自己由来骨移植片の取得のために使用され、その後の外科医使用される変化可能なピッチの差動および／または円錐ネジであり、その骨に対してあらたに応力が導入されることで、順応性生物学的反応（adaptive biological reaction）が誘導され、骨膜部における新たな骨形成の形成を生じる、差動および／または円錐ネジ。
【選択図】なし

Description

（発明の分野）
本発明は、整形外科学および外傷学における骨の再構築の分野に関し、これは、骨の断片が骨失損のためになくなる「偽関節失損」の対応にその適用を見出す。この骨の断片を、治療プロセスの成功を容易にするために、移植によって補充しなければならない。このような骨失損症は、通常、大きな外傷（例えば、弾丸による負傷）の結果である。これらはまた、外科手術の手順により破砕された骨の断片を除去することを必要とする開放骨折、また引き続く感染（骨髄炎）（これらは、骨の分離の除去を必要とする）、そして最後に骨の腫瘍および嚢腫を除去した後に見出される。前記の「偽関節失損症」に加えて、この分野はまた、いわゆる「無血管偽関節症」を含み、これは、根治的な外科手術の手順のために骨の脈管を遮断する結果として、骨折領域において、生存能力のある骨細胞がなくなるので、（骨の端部が接触しているが）この治療プロセスが出来なくなる。このような理由で、自己の骨の移植を含む骨誘導の方法がまた、これらの場合に適用される。

（技術分野）
骨の移植の目的は、２種類ある：
１．これは、骨失損の端部から骨細胞移植成長のための媒体を意味する。このために、そしてより早い脈管再生のために、海綿状の構造が、同種のものよりもより適合性となる。
２．移植は、局所的な骨誘導効果を有するべきでり、これは、生きた骨細胞（骨芽細胞）を含む生存可能な組織にのみ見出され得、骨細胞により、類骨−タンパク質の分泌により新しい骨を生じさせ、ここに、カルシウムヒドロキシアパタイトが沈着し、これによりミネラルである骨の固体無機部分を形成する。

基本的技術の問題点は、可能性のある最も高い質（最も高い生存度を有する）の移植片（これは、生きた移植細胞（骨芽細胞）の効果を使用する強い骨誘導を提供する）をどのように得るかである。上記の移植片に加えて、ウシの骨（ｏｘ−ｂｏｎｅ）から抽出した骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）を使用する骨形態形成タンパク質誘導方法は、ますますより一般的になっている。局所的に変化した成長因子を含むいくつかの他の方法は、現在、実験的な調査研究の段階にある。これらの細胞には、生きた細胞がないが、外傷を受けた領域に局所的に配置されたＢＭＰは、隣接する細胞の成長を刺激し、そしてより強力な骨形成を誘導する。

１９９７年１０月９日にＳｔａｔｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙに提出された本発明者の以前の特許出願（参照番号Ｐ９７０５３９Ａ）において、本発明者は、骨膜の反応性骨成長の機械的誘導の静的および動的方法を提示した。以前の方法は、より簡単な手順を提供する自己−タッピングチップ（ｓｅｌｆ−ｔａｐｐｉｎｇ ｔｉｐ）を用いる円錐ネジを使用する方法である。なぜなら、この適用は、任意の引き続く刺激を必要としないからである。最適の結果が、７°の角度で配置されるくさび型ネジによって達成される。しかし，開口部の上部の幅は、ネジの開始部分の直径にのみ対応する。後半部分は、次第に幅広になり、その結果、ネジの上部の最終的な直径は、入口部分での直径よりも０．５ｍｍ以上大きくなる。従って、骨の中により深い貫通を維持するので、このネジは、骨を過度に歪ませそして側方向に骨を押すくさびとして振舞う。これは、骨の反応を生じ、ネジの回りの表面で４〜８週間の期間の間、誘導される。これらの新しく骨化した表面は、次いで削ることによって除去され、そして骨失損領域の操作部分に移動させられる。

（技術背景）
骨失損症の外科的対応の方法は、遊離骨移植、Ｉｌｉｚａｒｏｖ法による部分移植、および顕微手術による血管新生化骨移植が挙げられる。遊離骨移植の方法が、大多数であり、適用が最も簡単であるので、最も幅広く使用される方法である。これらには、以下が含まれる：
１．自己海綿移植（ｓｐｏｎｇｉｏｐｌａｓｔｙ）（レシピエント自身の海綿質−赤色骨髄）−これは、自己の生存能力のある細胞を含むので最も優れた骨誘導材料として幅広く受け入れられ、そして海綿構造からなる。これは、通常、骨盤（腸骨稜）から採取される。
２．皮質海綿移植（ｃｏｒｔｉｃｏｓｐｏｎｇｉｏｐｌａｓｔｙ）−内部の骨の海綿部分に加えて、この方法はまた、外部固体、すなわち骨の皮質部分を使用する。この皮質部分それ自体は、少ない数の骨芽細胞しか含まないので骨誘導媒体としてほとんど価値がなく、その構造によると、同質の固体骨（移植後に死んでしまう）であるので、その結果、後の段階で、隣接する骨組織から新しい細胞によって、全体として代謝回転されなければならない。しかし、これが、非常に良い機械的硬度を有するという事実にその利点ある。これは、通常、骨盤または腓骨の第三媒体から採取される。
３．同質の海綿移植（骨銀行から得られるヒトの海綿質）は、捨てられ（ＡＩＤＳ、肝炎、異種タンパク質に対する反応、感染など）、そして人工の骨移植片の使用によって置きかえられる。
４．人工骨の移植。この方法は、重要な利点のために広く普及しており、この利点は、移植された組織がレシピエント自身の骨でないという事実に基づき、レシピエントが受ける外科的外傷を減少させる。この方法の欠点は、これらの移植片が、生存可能な細胞を含まないという事実にあるが、しかしこれらの移植片は、隣接する細胞の移植ための海綿媒体として役に立つので、その結果、この治療プロセスは、自己海綿移植の適用よりも、より遅く、かつかなり低い質となる。この群は、２つのタイプの移植片からなる。第１の群は、生物学的組織由来の移植片（ウシの海綿状態、コラーゲン、頚部ミネラル（ｃｏｌｌａｒ ｍｉｎｒａｌ）など）である。第２の群は、無機物由来の移植片（ヒドロキシアパタイト）に関する。これらの多くは、Ｂｉｏ−Ｏｓｓ（登録商標）（Ｇｅｉｓｔｌｉｃｈ ＡＧ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）、Ｏｓｔｅｏｖｉｔ（登録商標）（Ｂ．Ｂｒａｕｎ Ｍｅｌｓｕｎｇｅｎ ＡＧ）、その他などの異なった名称で保護されている。
５．Ｊｕｄｅｔの皮質除去（Ｍ．Ｅ．Ｍｕｅｌｌｅｒら、Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｆｉｘａｔｉｏｎ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，第３版、１９９１、７２０）。
６．ＢＭＰ（骨形態形成タンパク質）骨誘導（ＯＰ−１^TMｓｔｒｉｋｅｒ（登録商標）ＢＩＯＴＥＣＨ）。
７．骨膜移植は、文献の中に散発的にのみ記載されているだけであって、ほとんど記載される場合がない。後の骨形成の不確定な点のために（すなわち、前述の方法の有効性および安全性のより高い程度のために）広く使用されていない。
８．円錐ネジの手段による反応性形成層移植（ｃａｍｂｉｐｌａｓｔｙ）は、骨膜反応を誘導し、次いでこれは、骨膜自己骨移植片（Ｐ９７０５３９Ａ）として使用される。

骨失損の外科的対応の操作方法の第２の群は、Ｉｌｉｚａｒｏｖに従うセグメント移植、および血管新生化した骨移植片の移植を含む顕微手術法からなる。しかし、これらの２つの方法は、遊離骨移植片を含まないので、以前に記載した方法とは大きく異なるので、これらを比較することは、不可能である。最後に、自己海綿移植の方法が、これまで最も優れた骨誘導の方法として考えられていることを指摘しなければならない。このことは、多くの科学的調査結果によって、確証された。この適用が単純であるために、この方法をまた、最も幅広く使用さる方法である。

本発明によって以下が提供される：
（１）骨の表面における骨形成の誘導のため、および自己由来骨移植片の取得のために使用され、次に人体または動物に対するの外科的な使用がなされる変化可能なピッチの差動および／または円錐ネジであり、その骨に対してあらたにひずみが導入されることで、順応性生物学的反応（adaptive biological reaction）が誘導され、骨膜部における新たな骨形成の形成を生じる、差動および／または円錐ネジ。
（２）２〜５回のネジ巻きの円錐状部分の後に、円錐部分となったあとは、そのネジ部は変化可能であり、ピッチが一定増加をすることが特徴となる、差動および／または円錐ネジ。
（３）六角形状（ｓｅｘｔａｎｔ）のヘッド（図３）により特徴付けられる、項目１および２のいずれかに差動および／または円錐ネジ。
（４）六角ソケットを伴う球形ヘッドによって特徴付けられる、項目１および２のいずれかに差動および／または円錐ネジ。
（５）Ｐｈｉｌｌｉｐｓジョイントを伴うヘッドにより特徴付けられる、項目１および２のいずれかに差動および／または円錐ネジ。
（６）１°〜１０°の円錐角度（angle of conus）を有する円錐形状により特徴付けられる、項目１および２のいずれかに記載の差動および／または円錐ネジ。
（７）ヘッドを有さずに、六角ソケットを介してねじ回しに直接結合している、項目１および２のいずれかに記載の差動および／または円錐ネジ。
（８）ネジ山あたり増加分が０．０１〜０．１ｍｍの間であるピッチの可変性により特徴付けられる、項目１、２および６のいずれかに記載される差動および／または円錐ネジ。
（９）前記円柱状部分における、０．３〜２ｍｍの範囲にあるピッチを有するネジ山、
円柱部分以降に、前記円錐部分における、ピッチまたはピッチのサイズを増大させて変化させることができる（図３）、項目１および２のいずれかに記載される差動および／または円錐ネジ。
（１０）項目１、２、６および８のいずれか１項に記載の差動および／または円錐ネジであって、ここで、該ネジは、ステンレス鋼骨移植材料であるＩＳＯ５８３２／６または５８３２／ＩＶまたは５８３２−８から構成されるか、あるいは移植用のチタンアロイ材料であるＩＳＯ５８３２−３から構成される、差動および／または円錐ネジ。
（１１）項目１０に記載の差動および／または円錐ネジの配置するための穿孔ガイド−スリーブ（図１）であって、該穿孔ガイドが、ハンドルと骨の播種に起因するデトリタスを洗浄するための固有の流出入（characteristic inflow-outflow）ドレーンからなることにより特徴付けけられる、穿孔ガイド−スリーブ。
（１２）項目１０に記載の動および／または円錐ネジのねじれのためのモーメントキーであって、アダプターがカルダンジョイント（cardan joint）を構成する、円形六角形体（sextant；６−図２）からなることにより特徴付けられる、モーメントキー。
（１３）ネジリバネ（torsion spring）を介して再現性のある測定可能な推進力（force mormenta）を生じすること、その推進力がアーチまたはスケール上の長軸方向のシフトにより特徴付けられる、項目１２に記載されるモーメントキー。
（１４）２つのハンドルを用いてレバーを介して円運動とするように機構を設定することにより特徴付けられる、項目１２または項目１３に記載のモーメントキー。
（１５）単純レバー−レンチとして、単一のハンドルを介して、前記円運動を誘起することにより特徴付けられる、項目１４に記載のモーメントキー。
（本発明の開示）
本発明の本質は、科学的に立証された事実（これは、まだ発行されていない^*）に基づき、これは、４〜８週間後にレシピエント自身の機械的に誘導された骨表面上での骨膜反応は、レシピエント自身の海綿質（赤色骨髄）よりもかなり高い（２倍の高さまでも）骨誘導ポテンシャルを示すという事実である。この点に関して、２つの理由で、この反応が、骨折において見られる共通の骨膜カルスと間違えられ得ないことを強調しなければならない。

^*順応性骨膜形成層移植方法および差動円錐ネジの第１の提示は、ＩＶ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＦＥＣＡＶＡ／ＳＣＩＶＡＣ学会（Ｂｏｌｏｇｎａ，Ｉｔａｌｙ、１９９８年６月１８日〜２１日）であった。第２の提示は、ＸＸＩＩＩ Ｗｏｒｌｄ ＷＳＡＶＡ学会（Ｂｕｅｎｏｓ Ａｉｒｅｓ，Ａｒｇｅｎｔｉｎａ、１９９８年１０月５日〜９日）であった。（学会の予稿集）

１．この反応は、外傷に対する反応としてではなく、骨の中の新しい歪みに対する調節として生じる。新しい骨細胞（骨芽細胞）の成長の誘導は、変化し、意図的に誘導され、そして増加された内部の歪みから得られる代謝回転の結果であり、これらは、骨折の後遺症および自然の治療プロセスの部分というよりむしろ、一体となった骨の連続性を有するその他の健康な骨において生じる。
２．組織学的に、この組織の存在するのは、骨組織だけであり、一方、粉砕したカルスの組織は、血腫、骨内膜の部分および筋肉から、隣接するカルスと一緒に混ざり合う。本発明者らは、さらに、軟骨フラグメントに関連し得る。この違いは、微視的に明らかであり、そして多数の方法により立証され得る。

上記の方法には、本発明者の以前の特許出願において「形成層移植反応（ｃａｍｂｉｐｌａｓｔｉｃａ ｒｅａｃｔｉｖａ）」として言及した。その後、この名前は、この方法の解剖学的定義を提供し、従って、骨膜移植とこの方法とは異なる。骨膜は、２つの層（血管および毛細管を含む外部線維層、および骨芽前駆細胞（骨芽細胞の前駆体）と呼ばれる非常に薄い層を含む内部形成層）からなる。それが含まれるいくつかの原子によって、この層は、骨膜ではなく、むしろ骨に属しており、本発明者の調査により特定の範囲に属することが、立証された。すでに述べてきたように、骨膜層および形成層のどちらも移植されない。この方法は、内部の歪みに対して外科的に誘導された機械的な変化からなり、次に、形成層内部での反応を誘導する。４〜８週間後、この反応の量（すなわち、新しく形成された骨）は、骨組織が欠けるか、または骨誘導が必要とされる体の他の部分への移植（例えば、萎縮性偽関節または延びた骨の治療など）に充分である。前記の機械的刺激によって生じる骨組織の遅延移植が、本発明の新規性および本質である。よって、ただ形成層移植というよりむしろ「反応性形成層移植」と命名する。このように形成層移植というのは、存在しない。もし存在するのなら、骨膜移植のカテゴリーに入る。この手順において、骨の表面から削り取られた骨膜は、形成層の一部を含む。しかし、この段階（前述の機械的刺激なし）において、これは、「反応性形成層移植」における反応物として硬質骨（わずかな海綿の軟度）というよりむしろ、軟質組織の微細層である。さらに、骨膜移植の方法は、結果の不確定さにために幅広く受け入れられないことをすでに記述した。

本発明者の引き続く科学的調査により、いくつかの新しい概念、および結果として、前記の形成層の反応の定義の変更を得た。次いで、これにより、この方法の名称（「順応性骨膜形成層移植」と現在は呼ばれる）の変更となった。用語「順応性」とは、骨の新しい歪みへの順応性のことを言い、骨膜の反応の記載に限定されない。骨膜という用語は、含まれる領域を綿密に記載し、そして形成層移植は、移植される部分を言及する。

本発明の本質は、本発明者の以前の特許出願（参照番号Ｐ９７０５３９Ａ）に記載される円錐ネジの効果に対する改良された差動円錐ネジ（図３）の機械的作動性である。このネジは、以前にネジ切りされた円錐ホールではなく、むしろほとんど共通して、脛骨の骨幹の領域で単一の皮質を通過して、骨のストレートホール（ｓｔｒａｉｇｈｔ ｈｏｌｅ）に位置される。このホールにおいて、ネジの底部の円柱状部分と同じピッチで、かつ同じ直径のネジ山が、ねじ山切断タップ（ｃｕｔｔｉｎｇ ｔａｐ）によって作製される。ねじ山のピッチは、０．３ｍｍと２ｍｍの間であり得る。差動円錐ネジを骨へネジ巻きする間、この円錐形状により、骨のネジのまわりに分散した（ｄｉｓｔｒａｃｔｉｏｎａｌ）半径方向力を減少させる。これらの力は、ネジの円錐形状のために骨の表面部分において、より強くなる傾向にある。骨の表面層および深層での半径方向力の応力−歪みの分布の違いが、異なる円錐ネジの効果と本発明者の以前の出願に記載される単純な円錐ネジの効果との間の主な違いを構成する。ネジの円錐（くさび型）角は、１°と１０°との間で変化し得る。最適の角度は、約７°つまり３．５°の半角である（図３）。

第２違いは、用語「差動」に含まれ、これは、ネジの機能を言及する言葉であり、骨の穴にこのネジを巻くときの運動を意味する言葉である。円錐の形状に加え、このネジはまた、円錐状部分に種々のネジピッチがあることを特徴し、これは、低部から、円柱状部分、頭部へと次第に増加する。この増加は、各ネジ山において連続的であり、そして増加し、ネジ山当たり０．０１ｍｍと０．１ｍｍとの間で変化し得る。このネジピッチの変化は、この特定のネジ形状に典型的であり、上記の差動機能をが結果として得られ、これは、ネジピッチの違いによって可能であり、骨部分においてより短く、そして予めネジ山が作製される（ｐｒｅｔｈｒｅａｄ）。こういう訳で、このようなネジを骨の円柱状のホールにネジ巻きすること（これは、予めネジ山が作製されたネジピッチを特徴とする）は、ネジの円柱部分にピッチに対応して、通常の手順として開始し、しかし後に、２〜５回のネジ巻きの後にネジが骨により深く貫入する場合、分散力（ｄｉｓｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）および応力−歪み分布を誘導する（これは、ネジの軸に対して軸方向である）。この骨の延びは、さらなる刺激を提供し、骨表面で見られる上記の順応反応に導かれ、次いで、結果として、将来の自己骨移植の生成物を得る。このネジは、共通の移植材料−ステンレス鋼（ＩＳＯ５８３２／６または５８３２／ＩＶまたは５８３２−８）、あるいはＩＳＯ５８３２−３のチタンアロイから製造される必要がある。

（実施方法）
以前にすでに記載された特許出願（参照番号Ｐ９７０５３９Ａ）の特性において、順応性骨膜形成層移植について言及される手順の実施は、さらなる刺激力によって改良された安定化アプローチのみを必要とする。応力−歪み分布は、差動ネジおよび／または円錐ネジ（図３）のねじれの結果であり、それは、そのネジ自身の軸に対して放射方向または軸方向である。

骨へのこの円錐ネジのねじれは、特別に設計したモーメントキー（ｍｏｍｅｎｔ ｋｅｙ）（図２）によって促進され、これにより、正確な制御、および従って骨内部での刺激力のレベルの優れた予知を提供し、そして誘導された力によって生じる、起こり得る骨の破砕を防止する。この適用をさらに容易にするために、アダプターがトルクレンチと円錐ネジとの間に取り付けられている。トルクレンチの端部の円形の六分儀によって、このアダプターは、自在継手の効果を有する。この適用により、そのネジ自身の内部のねじれ力の誘導を減少させ、手順が容易となる。

骨に穴をあける間、発明者らは、外側の水の流入および流出を用いて穿孔ガイド（図１）を使用し、そこを通って、穿孔手順の間、生理食塩水が注入される。これは、２つのプラス効果を有する。第１の効果は、温度の減少であり、これは、穿孔の結果であり、これにより、穴に隣接する骨組織にダメージを与え得る。第２のプラス効果は、生理食塩水により骨の破片を洗い流し、従って穿孔の質および精度を改良するという事実にある。

（発明の適用）
本発明は、特許出願第Ｐ９７０５３９Ａに記載される先行技術と同じ方法で適用される。骨失損症（外傷、骨嚢胞、以前の外科手術の手順の後遺症など）の場合に、刺激手順は、計画されたメインの外科手術の手順の前に４〜８週間受ける。このメインの手順の間、形成層の刺激により誘導された反応から得る骨組織は、削り取られ（自己骨移植を得るための標準的な手順）、そして移植が必要である体の部分に移動され、そして骨誘導プロセスを開始する。

本発明は、上記の差動ネジおよび／または円錐ネジの単純な使用によって適用され、このネジは、２、３のさらなる器具の手段によって骨に配置される。このネジは、前皮膚的に（ｐｒｅｃｕｔａｎｅｏｕｓｌｙ）、ほとんど共通して脛骨の骨幹に適用され、ここで骨は、皮膚に非常に接近して見出される。第１のさらなる器具は、洗浄のための外側流入パイプ（１−図１）および流出パイプ（２−図１）を有する穿孔ガイド（図１）である。穿孔手順の間、この器具は、生理食塩水溶液の注入のために使用される。この穿孔ガイドは、ハンドル（３−図１）および穿孔スリーブチューブ（４−図１）を有する。骨の穴は、直径２〜８ｍｍの間で変化し得る差動ネジおよび／または円錐ネジの円柱状部分において、同じピッチおよび直径のタップの手段によってネジ切りされる。モーメントキー−トルクレンチ（図２）と差動円錐ネジの間の接続は、アダプター（５−図２）によって確立される。このアダプターは、１端部においてネジのための六角レンチ、およびトルクレンチ（６−図２）の低端部の円形の六分儀のためのソケットレンチを有する。ネジのヘッドは、六分儀形状であり得る（図３に示される）か、六分儀ソケットまたはＰｈｉｌｌｉｐｓジョイントを有し得るか、あるいはヘッドがなく、よって六分儀ソケットを介して直接的にねじ回しに接続される。次の工程は、モーメントキーを使用する差動円錐ネジのねじり込みである。このプロセスは、所望のねじれ力および骨刺激となる。このトルクレンチは、ねじれバネ（７−図２）を介して低部分に力を伝達し、そしてこの力は、スケール（８−図２）での角シフトとして表現される。このモーメントキーは、２つのハンドル（９−図２）を介して動きを設定する。これはまた、単純なレバーまたはレンチのような１つのハンドルの形態でなされ得る。力運動量の値は、測定により実験的に得られ、表を用いた形態で表現され、これらは、骨の厚さ、長さなどに関係する。

。 。 。

Claims (1)

1. 本明細書に記載されるような、骨移植成長を刺激するための歪み−誘導円錐ネジ。