JP2011509157A - 骨造成および保存のためのインプラントペレットおよび方法 - Google Patents

Abstract

記載された実施態様は、骨の保存および造成が必要とされる抜去部位内に配置されるペレットに関する。ペレットは典型的には円筒状であり、材料とポリマーコーティングを含む。ペレットの目的は十分な新しい骨が成長し、あごの骨の悪化が防止されることである。ペレットは新しい骨が迅速に成長するための理想的な成長環境を創造し、その中に配置され、アセンブルされ、患者のあごの骨の当初の輪郭を保持する。

Description

関連出願との相互参照
この出願は、２００８年１月９日に出願された米国仮出願６１／００６，３７２の優先権を主張する。その出願は参照され、その全体が本出願明細書に組み入れられる。

本発明の技術分野
本明細書に記載された実施態様は歯科外科のための方法およびデバイスに関し、特には骨保存（bone preservation）および／または骨造成(bone augmentation）を行なうためのデバイスおよび方法に関する。

本発明の背景
抜歯されたかまたは他の原因で失われた歯が、直ちにグラフトされるかまたはインプラントで置き換えられなかつた時には、歯槽骨またはあご骨の萎縮が時間とともに生じる。
従って、長期間の間、部分的に歯のなくなった状態で放置した人には、しっかりと義歯を支持できない萎縮した顎堤(alveolar ridge)が残っている。更に、歯のなくなった人は審美性が低下し、咀嚼能力が危険にさらされ、好ましくない状態での口内健康状態を残したまま修復されなければならない。

歯槽骨の口および舌側の部分は、会話、摂食などの間に歯の運動によって引き起こされる衝撃を吸収することができるユニークな特性を有している柔軟な骨梁骨からできている。歯の除去、およびその領域での骨圧力刺激の欠如は、歯槽骨のその領域での吸収を引き起こす。結果は従前の顎堤の高さの４０−６０％の損失と成りうる。この最初の４０−６０％の減少の後、歯槽骨は、１年当たり０．５−１．０％の骨量減少速度で再び吸収され続けることがある。

さらに、抜歯される場合、支持する骨の欠如は、後に挿入された補綴またはインプラントの負荷を十分に支持しない。これは内部刺激の不足により歯槽骨がより弱くなるという副産物であり、より軟かく、多孔性で、稠密でなく、より海綿状という質が低下した骨の特性に至る。さらに、歯科インプラントが、骨の多孔性性質および骨密度の不足により失敗しがちである。

骨成長を増大させ、維持し、支持するための改良された材料および技術は、顎堤悪化を減少させて、かつ口の補綴またはインプラントの歯槽骨支持を向上させるために必要である。

本発明の説明
ここに記載される実施態様はペレットと呼ばれるデバイスを含み、これは歯茎の新鮮な抜歯場所内に置かれるか、既存の骨組織上に乗せられる。ペレットは、歯槽内での骨形成（保存または造成）を促進するために設計される。ペレットは、あご骨の欠損に対応する様々な長さ、幅および形であることができる。ペレットは、ポリマーコーティングまたは、ポリマーと他のバイオマテリアル（分解性または非分解性の）から成る複合コーティングの組み合わせを有する１つ以上の生物学的適合性材料を有する。１つ以上の生物学的適合性材料は、骨誘導(osteoinduction)または骨伝導(osteoconduction)による骨成長環境を向上するように設計された、固体、マトリックスまたはメッシュ状の構造内に配置されるか組み立てられる。挿入の後、ペレットは、保存および／または造成用の新しい骨成長形成を促進する。時間とともに、一体化された骨組織（それは成長骨とペレットの間に得られた一体化されたものである）が発達する。一旦適切な骨成長が生じたならば、一体化された骨構造は補綴を支持するか、または開口部を作成するために穴を開けられることができ、それはインプラントデバイスと適合できる。したがって、得られる基礎は、骨組織の保存および／または造成に起因して、補綴またはインプラントデバイスのために向上された支持、固着およびアンカー強度を提供できる。

図１Ａは、本明細書で議論された第一の実施態様にかかるペレットの横断面部分を示す。 図１Ｂは、本明細書で議論された第二の実施態様にかかるペレットの横断面部分を示す。 図２は、本明細書で議論された第三の実施態様にかかるペレットの横断面部分を示す。 図３は、本明細書で議論された実施態様にかかる、骨造成を行なう段階を示す。 図４は、本明細書で議論された実施態様にかかる、骨造成を行なう段階を示す。 図５は、本明細書で議論された実施態様にかかる、骨造成を行なう段階を示す。

本発明の詳細な説明
本明細書で議論された実施態様は骨成長を維持し造成するための技術とペレットを提供し、特には顎堤悪化を減少させて補綴の支持を向上することによく適する。以下の記載では、多数の具体的な詳細、たとえば材料タイプ、寸法、特定の組織などの詳細が、本発明についての完全な理解を提供するために述べられる。生物医学的な技術分野における通常の知識を有する技術者には、本発明がこれらの詳細の多くがなくても実行できることが理解される。他の例では、本発明を不明瞭にしないようにするために、公知の装置、方法および生化学過程は詳細には記載されない。

上記のように、補綴の失敗に関連する１つの問題は、インプラントの負荷を支持する周囲の骨の能力の欠如である。これは、歯槽骨またはあご骨がより柔軟な、より多孔性な、より稠密でないか、より海綿状であるという特性のためにより弱くなっている領域において特に真実である。特に歯科インプラントは、固い周囲の骨構造の不足とともに、補綴の横方向、および前後方向の運動により失敗しがちである。この問題は、同様に歯インプラントまたは補綴の安定化に影響する。

補綴の失敗に関する別の問題はあご骨の悪化による。抜歯されたかまたは他の原因で失われた歯が、直ちにグラフトされたり、インプラントと置き換えられない時には、あご骨の委縮が時間とともに生じ、機能への妥協および美観への妥協に至るからである。

本明細書で議論される実施態様は、構造の完全性を向上し、骨悪化を低減し、骨自体のオリジナル（抜ける前）の形を保護するために、骨のキャビティ内に配置することができるペレットを提供することにより、先の問題の解決を提供する。１つの実施態様によれば、ペレットは、構造化されたマトリックスの方法で配置された材料を含む。骨のキャビティにペレットを挿入した後に、ペレットの挿入のために促進されて自然な浸潤が生じ、新しい骨成長が内部のキャビティを満たし、ペレットの生物分解性の部分を置き換える。あるいは、骨成長は、ペレットのマトリックスの特性により形成されたペレットの内部の孔を充填することができる。ペレットを含む材料は、新しく形成された骨のための理想的な生育環境として機能する。ペレットのような手段の使用によって、非常に詳しく以下に説明されるように、新しい骨成長が生じる。シードされた場合には加速された速度で骨が成長し、シードされない場合には通常の速度で成長する。新しい骨成長は、そのような骨成長のない補綴またはインプラントと比較して、向上された安定性で補綴または義歯を支持するために使用できる。

任意に、得られるペレットと一体化される骨構造はインプラントデバイスに適合する開口部を作成するために、穴を開けられるかそうでなければ賦形されることができる。ペレットは典型的には円筒状の横断面形状を有しているが、あご骨または骨の欠損に依存して骨造成および／または保存を促進する任意の形であることができる。例えば、円筒状の他、ペレットの形は、横断面が楕円、直線、丸などであることができる。ペレットの形もキャビティの正確な寸法に適合するように調整できる。ペレットの正確な形が上に記載された例に制限されるべきでないことが認識されるべきである。しかしながら、ペレットの形は、レセプタ部位または歯の抜けた部位より通常、わずかに小さい直径を有する。抜去部位がペレットより小さい時には、レセプタ部位のサイズを増加させるために、手術が必要な場合があることが留意されるべきである。任意に、手術は部位（例えば余剰の組織および／または骨片などの除去）を「清潔にする」ために必要とされることがある。任意に、ペレットは、特にレセプタ部位へ簡単な挿入のために設計できる。例えば、レセプタ部位の注意深い測定がされ、ペレットを特別のレセプタ部位のために作成できる。当技術の中で知られているように例えば「キャスト」のような測定を行うことができる。ペレットの目的は、骨組織を維持し、新しい骨成長を促進し、たとえばあご骨の悪化を防止することである。別の目的は骨ボリュームの損失を最小限にすることである。これらのゴールは、欠陥内にペレットを入れて新しい骨成長を促進し、かつ個人のあご骨組織のオリジナルの輪郭を維持するために理想的な成長環境を築くか、その中に配置するか、またはアセンブルすることにより達成される。ペレット内の材料の配置は完全にランダムであることができ、またはより規則的な組織された青写真の布帛状のパタンから成ることができる。例えば、公知の３Ｄ印刷製造方法（以下に記載される）を、布帛状のパタンを作成するために使用でき、これは本発明のペレットの生産には受容可能であると考えられる。

図１Ａ−１Ｂを参照する。類似の要素は類似の数字で示される。本発明の１つの実施態様に従って、ペレットを形成するために利用される材料の製造の様々な工程が示される。図１Ａは、材料１０２を含むペレット１００の部分を示す。材料１０２は、分解可能であるかまたは非分解性のバイオセラミック材料、例えばハイドロキシアパタイト、強化されたポリエチレン複合体、ベータトリカルシウムホスフェート、置換されたリン酸カルシウム、生体活性ガラス、再吸収可能なリン酸カルシウム、アルミナ、ジルコニアなどであることができ、固体または以下に記載されるメッシュ状の構造に製造されることができる。材料１０２として使用される複合材料を形成するために、バイオセラミック材料と組み合わされた生分解性高分子を使用できることは、さらに留意されるべきである。好ましい実施態様では、ハイドロキシアパタイト材料はペレット１００を形成するための材料１０２として利用される。ペレット１００を形成する材料１０２は、無毒性の副産物に帰着する特性を有する当該技術分野で公知の任意のタイプの材料でありうることが認識されるべきである。

例えば、ペレット１００は、たとえばポリウレタン類、ポリオルソエステル類、ポリビニルアルコール、ポリアミド類、ポリカーボネート類、ポリ（エチレン）グリコール、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリビニルピロリドン、海洋接着性蛋白質類（marine adhesive proteins）およびシアノアクリレート、それらの類縁体、混合物、組み合わせおよび誘導体のような合成高分子（単独または組み合わせで）から作ることができる。ペレット１００は、たとえばアガロース、アルギン酸塩、フィブリン、フィブリノゲン、フィブロネクチン、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、および他の好適なポリマーおよび生体高分子、それらの類縁体、混合物、組み合わせおよび誘導体のような天然高分子または天然由来高分子（単独または組み合わせで）からも作ることができる。さらに、ペレット１００は、天然由来生体高分子および合成高分子の混合物から形成できる。あるいは、ペレット１００はコラーゲンゲル、ポリビニルアルコールスポンジ、ポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド−コ−グリコリド）ファイバーマトリックス、ポリグラクチンファイバー、アルギン酸カルシウムゲル、ポリグリコール酸メッシュ、ポリエステル（例えばポリ−（Ｌ−乳酸）またはポリアンハイドライド）、多糖（例えばアルギン酸塩）、ポリフォスファーゼンまたはポリアクリレート、またはポリエチレンオキシドポリプロピレングリコールブロック共重合体から作ることができる。ペレット１００は、蛋白質（例えばフィブリン、コラーゲンおよびフィブロネクチンのような細胞外マトリックス蛋白質）、ポリマー（例えばポリビニルピロリドン）またはヒアルロン酸から生産できる。合成高分子も使用でき、たとえば生腐食性（bioerodible）ポリマー（例えばポリ（ラクチド）、ポリ（グリコール酸）、ポリ（ラクチド−コ−グリコリド）、ポリ（カプロラクトン）、ポリカーボネート類、ポリアミド類、ポリアンハイドライド類、ポリアミノ酸類、ポリオルソエステル類、ポリアセタール類、ポリシアノアクリレート類）、分解可能なポリウレタン、非腐食性（non-erodible）ポリマー（例えば、ポリアクリレート類、エチレン酢酸ビニールポリマー類および他のアシル置換酢酸セルロース類およびそれらの誘導体）、非腐食性ポリウレタン類、ポリスチレン類、ポリ塩化ビニル類、フッ化ポリビニル類、ポリ（ビニルイミダゾール）類、クロロスルフォン化ポリオレフィン類、ポリエチレンオキシド類、ポリビニルアルコール類、テフロン（登録商標）、およびナイロンが使用できる。

ペレット１００内の材料１０２として使用されるバイオセラミックは、３分類のバイオマテリアルに分けることができる。すなわち、不活性、吸収可能、および活性なものである。それらはそれぞれ、変化しないもの、溶解するもの、または生理的なプロセスに活性に参加できるものを意味する。ペレット１００の生物学的適合で使用可能な材料と考えられるいくつかのリン酸カルシウムセラミックスがある。これらのうち、大部分は溶解可能であり、生理的な環境（例えば細胞外マトリックス）にさらされた時に溶解する。これらの材料のうちのいくつかは可溶性の順に以下を含む：リン酸四カルシウム（Ｃａ_４Ｐ_２Ｏ_９）＞無定形のリン酸カルシウム＞アルファ・リン酸三カルシウム＞（Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）＞ベータ・リン酸三カルシウム（Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）＞＞ハイドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）。上に列記された他のリン酸カルシウムと異なり、ハイドロキシアパタイトは生理的な条件の下でも分解しない。実際、それは生理的なｐＨで熱力学的に安定していて、周囲の骨と強い化学結合を形成して、骨結合に活性に参加する。この特性は手術後の迅速な骨修復には有利である。アルミナとジルコニアのような他のバイオセラミック材料はそれらの一般的な化学的不活性および堅さで知られている。それが接合される表面（articulating surface）としてインプラントデバイスに使用される場合、これらの特性がインプラントデバイス支持目的のために利用できる。様々な条件または疾病により骨の部分を除去されなければならなかった場合、多孔性のアルミナも骨スペーサーとして使用できる。材料は、骨成長用の足場またはマトリックスの役割をする。

図１Ｂは、ペレット１００の材料１０２を覆う、強化されたポリマーおよび／または複合コーティング１１０を有するペレット１００の横断面を示す。例えば、ペレット１００がバイオセラミック材料を含む場合、ポリマーコーティング１１０は、ポリアクチック酸（polyactic acid）または他のヒドロゲルを含む。それらは通常の方法によって形成されることができる。ポリマーコーティング１１０が完全な高分子材料（例えば１００％のポリマー）である必要はなく、任意の公知のバイオセラミック材料、複合ヒドロゲルおよびポリマーの組み合わせを含む複合材料でありうることが認識されるべきである。さらに、ポリマーコーティングは、コラーゲンフエルトのような膜、またはポリラティック酸(polylatic acid)、ポリエーテルなどのような類似の準堅牢材料から作ることができる。好ましい実施態様では、ポリマーコーティング１１０は生体吸収性ポリマー（bio-resorbable polymer）である。好ましい生体吸収性ポリマーは、ポリマーを使いやすくする好ましい取扱適性、すなわち、オペレータに使用方法を学習するための補足トレーニングを要求せず、長期間の、無期限の貯蔵期間、経済的で患者に著しいコストを加えず、レセプタ部位に適合し、高度に生物学的に適合し、部分的に生物分解性であり、メーカーにとって低コストであり、置換の後にバイオミミック(biomimetic)であり、配送が容易であり、スペースメンテナンス（骨の形を維持する）であり、細胞増殖および分化を支持し、化学走性（組織周囲から創傷治癒宿主細胞を補充する）、および骨誘導性および骨伝導性のような特性を示す。さらに、ポリマーコーティングは、材料１０２の汚染を防ぎ、個人の口内環境を安全に守り、変化させないという目的のために役立つ。ポリマーコーティング１１０は、液体または粘着性のゲル物質として材料１０２上にしみこませることができる。

ペレット１００は、さらに材料１０２に骨形態形成蛋白質（ＢＭＰ）を組み入れることにより、さらにＢＭＰを含むことができる。この追加の蛋白質は骨成長のための刺激として役立つ。言いかえればそれにより本発明がペレット１００内の加速された骨成長を促進する補足的な機構として役立つ。ＢＭＰは、軟骨形成に類似するプロセスを通じてペレット内の新しい骨成長を引き起こす。１つの実施態様では、ＢＭＰ材料は蛋白質を含み、複合ペレット材料を形成する材料１０２へ混合される。さらに材料１０２は、コラーゲン骨形態形成蛋白質ベースにしみこませることができる。蛋白質がさらに他の成長蛋白質を含むことができることが認識されるべきである。フィブリノゲン、ａ−トロンビン、および他の様々な抗生物質、成長ホルモン、遺伝子治療薬またはこれらの組み合わせも、健全な骨成長を促進するために材料１０２の中で利用されることができる。ＢＭＰ材料は液体または粘着性のゲル物質として材料１０２内にしみこませることができる。

ペレット１００’は、図２に示されるように、メッシュ状の構造２３０を有することがあることは留意されるべきである。材料１０２は織物、メッシュ状にされ、新しい骨成長がペレット’１００を形成する構造の全体にわたって成長することを可能にするように構築されることができる。メッシュ状の構造２３０は、固体構造と比較して、骨成長が生じるためのより大きな露出面領域を提供する。メッシュ状の構造２３０は多孔性の性質を有している。また、その孔は本質的に均一または不均一であることができる。ペレット１００’のメッシュ状の構造２３０は、新しい骨成長用の足場として役立つ。孔は垂直に配置されるかまたは水平に配置されることができる。孔は体系化された方法で、または任意に配置されることができ、またユーザの要望によって配置されることができる。

時々、生分解性高分子は、固有の分解のプロセスとともに、反り、中空化または本質的な腐食の問題を生ずる。そのような問題を管理するために、高結晶化度のポリマーが利用される。自己−強化および超高強度の生体吸収性複合物が、ポリグリコリド類、ポリラクチド類、およびグリコリド／ラクチドコポリマーのような、部分的に結晶性の生体吸収性高分子から容易に組み立てられる。これらの材料は、インプラント幾何学的形状に依存して、高い初期強度、適当な弾性率、４週間から１年までの生体内での強度保持時間を有している。結晶性ポリマーのファイバー、重合体樹脂中の炭素ファイバーおよび微粒子のフィラー（例えばハイドロキシアパタイト）のような強化要素も、生物分解性デバイスの寸法安定性および機械的性質を改良するために使用されてもよい。生物分解性材料構造中での相互貫入網目構造（ＩＰＮ）の使用は、機械的強さを改良する手段として実証された。さらにＩＰＮ強化生物分解性材料の機械的性質を改良するために、生物分解性のプレートが、ポリ（ラクチド−コ−グリコリド）８５：１５（ＰＬＧＡ）、またはポリ（ｌ−ラクチド−コ−ｄ，ｌラクチド）７０：３０（ＰＬＡ）のホストマトリックス内に、異なる架橋剤を使用して、架橋されたポリプロピレンフマレートの準相互貫入網目構造（ＳＩＰＮ）として調製されることができる。

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子状物質を加えた樹脂複合材料は、インプラントデバイス（例えばペレット１００）の疎水性および表面特性を改良する。ＰＴＦＥは、化学薬品への高い耐性、低い表面エネルギー、低温および高温に対する耐性、風化作用に対する耐性、低摩擦ワイヤリング、絶縁性および滑りやすさを有している。しかしながら、従来のＰＴＦＥは摩滅に対する貧弱な抵抗を有しているので、発明者はガンマビーム放射で架橋されたＰＴＦＥを、摩滅と変形に対する抵抗を劇的に改良するために使用することを企図している。さらに、編まれた炭素繊維およびエポキシ樹脂（いわゆる生物学的適合性の炭素−エポキシ樹脂）で作られた複合材料は、短いかまたは積層された一方向のファイバーで作られた複合材料よりも良好な機械的性質を有している。

図３−５は、本発明によるペレットの１つの特定の用途での様々な段階を示す。例示として、図面のこのシーケンスは、レセプタ部位内へのペレットのインプランテーション、および新しく成長したあご骨への歯科インプラントの引き続くインプランテーションを示す。例示されたインプラントデバイスは、今日一般に使用されるタイプの歯科インプラントを含む（例えばチタンインプラントまたはセラミックインプラント）。

図３は、上皮組織層３５０に囲まれた開口部またはキャビティ３６０を有する骨３４０の横断面を示す。歯科インプラントの場合には、キャビティ３６０は抜去術の前にそのスペースを占領していた自然の歯の除去によって作られたスペースを表わす場合がある。他の用途では、キャビティ３６０はインプラントデバイスのために付着部位を提供するために、損傷された骨又は健康な骨の除去によって作られることがある。キャビティ３６０は、癌組織、または組織の強さまたは形に影響する他のタイプの疾病によって影響を受けた組織の除去により作られることができる。キャビティ３６０にペレット１００を挿入するに先立って、キャビティ３６０は清潔にされ、当該技術分野において公知の方法を利用して形作られることができる。上に説明されるように、キャビティ３６０は自然の歯の除去によって作られることもある。他の例では、キャビティ３６０は、たとえば異形成物を除去して清浄にすること（debritement of a dysplasila）により作られた、管状骨の欠陥に起因することがある。キャビティ３６０は、さらに、骨削除に帰着するすべてのタイプの外科的処置、または任意のタイプのキャビティを作るすべてのタイプの手続きに起因する場合がある。

図４は、図３の横断面にキャビティ３６０内へペレット１００を挿入した状態を示す。ペレット１００は、骨のキャビティ３６０のサイズに一致するように形作られることができる。一旦キャビティ３６０に入れられたら、ペレットはそのポリマーコーティング１１０（図ＩＢ）によりキャビティの内にしっかりと留まる。ポリマーコーティング１１０（図ＩＢ）は、キャビティ３６０を囲む血液と相互作用して確保機構を形成する。たとえば凝血はペレット１００が、障壁薄膜（図示されない）を使用することなく所定の場所にとどまることを可能にする。障壁薄膜はキャビティ３６０のようなキャビティ内へ歯科用部材をシーリングするために従来は使用されていた。ポリマーコーティング１１０により形成されたバリヤー層は、骨成長を阻害する粘膜の付着または軟組織の成長を防ぐ。代わりに、ペレット１００への、またはペレット内への新しい骨成長のオステオインテグレーション(osteointegration)が生じることが許容される。ペレット１００の使用は例示的であり、ペレットの実施態様のうちの任意のものが使用できることは留意されるべきである。

一旦キャビティ３６０の中への骨成長が完了すれば、その地域は補綴を支持するために使用できるか、または開口を開けられるかもしくはインプラントデバイスを受理するための他の形状に形作られることができる。図５は、新しく成長したオステオインテグレーション骨６９０を使用して、骨３４０に固定可能にしっかりと取り付けられ／付着されたインプラントデバイス６８０の底部を示す。新しい骨から成るオステオインテグレーション骨６９０は、従来の質の低下した骨の上を上回るインプラント６８０への改良された固着を提供する。時間とともに、インプラント６８０の外側の沈められた表層上に骨６９０がさらに一体化することが期待される。

本発明の実施態様の追加の用途は、管状骨またはエクソ−造成（exo-augmentation）にあることが認識されるべきである。例えば、既存の骨格骨の表面上への骨の造成を含むことができる。さらに、本発明の実施態様が、破壊されたかまたは粉砕された骨の処理に有用であることが認識される。ペレット材料は、損傷を受けた部位での骨統合、および周囲の軟繊維への軟繊維付着を許容する。ペレットが様々なサイズに形作られることができることが認識される。すなわちその半−硬質の特性により、それは特定の用途または状況に適合するために削がれ適応されることができる。

骨が破壊されない塑性変形を開始する弾性曲げモーメント力は（つまり外側の層の応力が降伏値に達する時）、約３２０Ｎｍである。３２０Ｎｍの曲げモーメント力は、癒合組織では約０．５％の歪みを、複合プレートでは０．９％の歪みを引き起こす。比較のため、骨生成デバイス(osteosynthetic device)で使用される典型的な金属の弾性係数は、１７−２４ＧＰａである骨の約５〜１０倍である。癒合組織形成、骨化および骨結合は骨の中の歪みの不足によって妨げられる。当該技術分野で配置された編まれた複合物は、治癒を促進するために十分に（重量比率で大きな強固さを備えた最大２４ＧＰａ）強いが、骨構築を妨害するほどには堅くない。

先に参照されたように、米国特許５，２０４，０５５に記載された三次元印刷は、医療用具において複雑な幾何学構造物を作成する１つの方法である。三次元印刷は米国特許５，３７０，６９２にも記載される。三次元印刷は、様々な３次元の医療用具、医薬品およびインプラントの作成のために提案された。しかし、デバイスを作成する従前の方法は、巧みに計画実行された微構造に関係していなかった。本発明の実施態様のバイオ構造は三次元印刷によって製造されることができ、ある実施態様では適切な後加工工程を行うことができる。三次元印刷は、従来の製造方法では作成するのが難しいか、不可能である幾何学的な内部・外部の著しい複雑さ、へこみ、アンダーカット、内部空げき、および他の幾何学的な形態のバイオ構造物の製造を許容する。三次元印刷は、さらに従来の製造方法によっては達成されないであろうバイオ構造物内の組成の変化を許容する。

三次元印刷では、粉末の層はローラー拡散によってのように堆積する。粉末層が堆積された後、バインダー液体が選択された場所で粉末層の上に堆積され、粉末粒子状物質を互いに結合し、凝固された領域を提供する。バインダー液体は、連続した別々の液滴、連続的なジェットまたは他の形式で分配されることができる。

結合を、バインダー液体による付加的な固体物質の堆積により、またはバインダー液体による粉末粒子状物質の溶解もしくは粉末粒子状物質と混合された物質の溶解と、引き続く固体化により生じさせることができる。特定の層の上へのバインダー液体の印刷に続いて、粉末の別の層が堆積され、所望の三次元のペレットが作成されるまで、プロセスが引き続く層について繰り返される。バイオ構造が十分に乾燥するまで、結合されていない粉末が結合された領域を支持する。次に結合されていない粉末が取り除かれる。粉末の層を堆積させるために使用できる別の好適な方法はスラリー堆積である。

このようにして、与えられたパスに堆積された液体は、粉末粒子状物質をともに結合し、粉末ベッドの中に結合された物質のラインを形成する。これはディスペンサの運動の方向に垂直な断面において寸法を有している結合材料のラインである。結合された粉末粒子状物質のこの構造はプリミティブと呼ばれることがある。プリミティブの断面の寸法または線幅は、液体が連続した別々の液滴としてディスペンサから分配される場合には液滴の直径に部分的に関係し、液体がジェットとして堆積される場合にはジェットの直径に部分的に関係し、また印字ヘッドの運動の速度のような他の変数とも関係する。プリミティブの断面の寸法は印刷のための他のパラメータをセットするのに有用である。

複数の隣接したラインの印刷のためには、ラインとラインの間隔は、印刷されたプリミティブのラインの幅に関連して選択されることができる。さらに典型的には、堆積した粉末層の厚さは、印刷されたプリミティブのラインの寸法に関連して選択されることができる。典型的な液滴直径は、数十ミクロンであることができ、または要求の低い用途においては数百ミクロンであることができる。典型的なプリミティブ寸法は液滴直径より多少大きいかもしれない。

印刷は飽和パラメータと呼ばれる量によっても記述される。印刷に影響するパラメータとしては、バインダー液体の流速、液滴サイズ、液滴−液滴間の間隔、ライン−ライン間隔、層厚さ、粉末充填率などがあげられ、飽和パラメータと呼ばれる量として要約されることができる。印刷が別々の液滴で行なわれる場合、それぞれの液滴は直角プリズムの形を有していると考えられる粉末の体積単位に関連する。

記載されたペレットを印刷する際に、結合されていない粉末が結合された粉末によって取り囲まれていない少なくとも１つの方向において、三次元印刷の完成の後に結合されていない粉末を取り除くためのアクセスを提供する。三次元印刷のバイオ構造物を乾燥した後、結合されていない粒子状物質の除去が、ゆっくりとした振動またはブラッシングのような単純な方法によって行われる。またマクロ組織の内部からの粉末の除去は、液体中での超音波処理の使用または当該技術分野において公知の技術によって支援されることができる。三次元印刷によって作られた構造は方向の変化、断面の変化、分岐などを含むことができる。

さらにペレットを作る他の可能な方法がある。そのような方法のひとつは二重印刷、すなわち粉末の層上に印刷し、バインダー液体の揮発性の成分を本質的に完全に蒸発し、同じ場所上により多くのバインダー液体を印刷し、最後の印刷の後に残っているバインダー物質がベッド内の実際の粉末粒子状物質上にビルドアップされることを含む。広げられるかまたは堆積される粉末の次の層は、同じ位置での繰り返し印刷によって形成された「パッドル（puddle）」からビルドアップされたバインダー物質によって占められている領域を占めることができない。最終的に、パッドル中のバインダー材料が分解し、ガス状分解産物として排出される時、先にパッドルによって占められた領域には粒子がなく、空間を有するマクロ組織を生成する。ペレットを作る別の可能な方法としては、粉末粒子状物質の組成の化学変化があげられる。化学的に反応性の第二のバインダー流体が、マクロチャンネル領域中に印刷され、バインダー物質を燃焼してペレットを形成し、粒子状物質と化学的に反応性のバインダーとが化学反応して反応生成物がたとえば水に可溶とされることができる。その後、マクロチャンネル領域中の材料は溶解されるかまたは漏出され、開口したマクロチャンネルを残す。

Claims (16)

1. 以下を含む、骨造成および保存を行なうためのペレット：
   所望の領域に新しい骨成長を引き起こすための内部材料；および
   前記内部材料上のポリマーコーティング。
2. 前記のペレットは円筒状である、請求項１記載のペレット。
3. 前記の内部材料はバイオセラミック材料である、請求項１記載のペレット。
4. 前記のポリマーコーティングが生体吸収性のポリマーである、請求項１記載のペレット。
5. 前記ペレットが歯槽堤(edentulous ridge)内に置かれ、前記ペレットが該歯槽堤の保存を促進する、請求項１記載のペレット。
6. 前記のペレットが歯槽堤内に置かれ、前記ペレットが該歯槽堤の造成を促進する、請求項１記載のペレット。
7. 前記の内部の材料は第一の材料および第二の材料を含む複合材料を含む、請求項１記載のペレット。
8. 前記の第一の材料はバイオセラミック材料を含む、請求項７記載のペレット。
9. 前記の第二の材料は骨形態形成蛋白質材料を含む、請求項７記載のペレット。
10. 前記の内部の材料は、前記の内部の材料を通って新しい骨が成長することを許容するように構成された織物、メッシュ状物に形成される、請求項１記載のペレット。
11. 以下を含む、骨造成を行なう方法：
    第一の材料およびポリマーコーティングを含むペレットを形成すること；
    除去部位に前記のペレットを挿入すること；および
    前記の除去部位にオステオインテグレイトされた骨構造を形成すること。
12. 前記のオステオインテグレイトされた骨構造に穴を開けて骨内に空間を形成すること；および
    前記の骨内の空間にインプラントデバイスを挿入すること、をさらに含む、請求項１１記載の方法。
13. 前記の骨内の空間に前記のインプラントデバイスをしっかりと取り付けることをさらに含む、請求項１２記載の方法。
14. 以下を含む、あご骨の顎堤に堤造成を行なう方法：
    あご骨の顎堤の歯肉組織中に切り口を作成すること；
    造成が望まれる領域で切り込みにペレットを挿入すること；
    縫合して切り込みを閉じること；および
    該領域内にオステオインテグレイトされた骨構造を形成すること。
15. オステオインテグレイトされた骨構造が形成された後に、該領域内に穴を開けること；
    前記の開口部内にインプラントを配置すること；および
    前記顎堤へ前記のインプラントをしっかりと取り付けること、をさらに含む、請求項１４記載の方法。
16. オステオインテグレイトされた骨構造が形成された後に、前記の領域の上に補綴を配置することをさらに含む、請求項１４記載の方法。

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