JP2014046046A - 充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キット - Google Patents
充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キット Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014046046A JP2014046046A JP2012192599A JP2012192599A JP2014046046A JP 2014046046 A JP2014046046 A JP 2014046046A JP 2012192599 A JP2012192599 A JP 2012192599A JP 2012192599 A JP2012192599 A JP 2012192599A JP 2014046046 A JP2014046046 A JP 2014046046A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- functional group
- group
- holding member
- bone
- filler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
【課題】充填物の漏出を抑制することが可能な充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法、および充填物保持部材を有する骨修復キットを提供することを目的とする。
【解決手段】樹脂材料を形成材料とし、骨セメントまたは生体由来の骨の粉砕物の少なくともいずれか一方を含む充填物を充填可能な内部空間を有し、前記内部空間に面する内側表面に、前記充填物が有する第1の官能基と化学結合可能な第2の官能基を有する充填物保持部材。
【選択図】図1
【解決手段】樹脂材料を形成材料とし、骨セメントまたは生体由来の骨の粉砕物の少なくともいずれか一方を含む充填物を充填可能な内部空間を有し、前記内部空間に面する内側表面に、前記充填物が有する第1の官能基と化学結合可能な第2の官能基を有する充填物保持部材。
【選択図】図1
Description
本発明は、充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キットに関するものである。
従来、骨粗鬆症による脊椎圧迫骨折の治療法として、バルーンカイフォプラスティ(以下、BKPと称する)法による椎体形成術が知られている(例えば、非特許文献1参照)。この術式は、低侵襲の手術療法である経皮的椎体形成術の一つであり、まず、(1)潰れた骨に小さな穴をあけて細い管状の手術器具を挿入し、(2)骨の中において、挿入された手術器具の先端に設けられたバルーンを膨らませることで、潰れた椎体を内部から持ち上げて所望の形状とした後、(3)バルーンを除去し、(4)形成された空間に骨セメントを充填することにより行われる。
また、BKP法を改良した手法として、バルーンにより椎体内に形成された空間に円筒状の網状部材を挿入し、この網状部材の内部に骨セメントを充填する方法が開発されている(例えば、非特許文献2参照)。網状部材は、充填される骨セメントとともに、体内に留置される。
"USE OF A SCREW-SYRINGE INJECTOR FOR CEMENT DELIVERY DURING KYPHOPLASTY: TECHNICAL REPORT", NEUROSURGERY, AUGUST 2003, 53, 2, 380-382
"Vertebral Augmentation With a Novel Vessel-X Bone Void Filling Container System and Bioactive Bone Cement", Spine, 2007, 32, 19, 2076-2082
しかしながら、上記方法はいずれも、充填された骨セメントが硬化前に椎体内に拡散しやすく、拡散した骨セメントが周囲の神経組織を刺激することで痛みを引き起こすおそれがある。また、骨セメント以外の充填物を用いるとしても、充填物が拡散すると有効な治療が望めないおそれがある。そのため、充填物(上記例では骨セメント)の漏出・拡散により効果的な治療ができず漏出を抑制することが求められていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、充填物の漏出を抑制することが可能な充填物保持部材を提供することを目的とする。また、このような充填物保持部材の製造方法を提供することをあわせて目的とする。また、このような充填物保持部材を含む骨修復キットを提供することをあわせて目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、樹脂材料を形成材料とし、骨セメントまたは生体由来の骨の粉砕物の少なくともいずれか一方を含む充填物を充填可能な内部空間を有し、前記内部空間に面する内側表面に、前記充填物が有する第1の官能基と化学結合可能な第2の官能基を有する充填物保持部材を提供する。
本発明の一態様においては、前記充填物が前記骨セメントを含み、前記第1の官能基は、前記骨セメントを構成する樹脂が有し、前記内側表面にのみ前記第2の官能基を有することが好ましい。
本発明の一態様においては、前記第1の官能基は、アルケニル基であり、前記第2の官能基は、アルケニル基またはチオール基であることが好ましい。
本発明の一態様においては、前記充填物が前記骨の粉砕物を含み、前記第1の官能基は、前記骨の粉砕物に含まれるコラーゲンまたは細胞外マトリックスタンパク質が有し、前記内側表面および前記内部空間に面しない外側表面に、前記第2の官能基を有することが好ましい。
本発明の一態様においては、前記第1の官能基は、アミノ基であり、前記第2の官能基は、活性エステル基であることが好ましい。
本発明の一態様においては、前記活性エステル基は、N−ヒドロキシスクシンイミドとカルボキシ基とのエステル、またはN−ヒドロキシスルホスクシンイミドとカルボキシ基とのエステルであることが好ましい。
また、本発明の一態様に係る充填物保持部材の製造方法は、樹脂材料を用いて、袋状の成形体を成形する工程と、骨セメントを構成する樹脂が有する第1の官能基と化学結合可能な第2の官能基を、前記成形体の内側となる面の表面に化学修飾する工程と、を有する。
本発明の一態様においては、前記樹脂材料が、物理架橋を形成する性質を有する高分子材料であり、前記成形体を成形する工程では、前記高分子材料を含む原料液を用いて、前記成形体をディップ成形で成形し、前記成形体を50℃以上前記樹脂材料の融点未満で加熱する工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明の一態様に係る充填物保持部材の製造方法は、コラーゲンまたは細胞外マトリックスタンパク質が有する第1の官能基と化学結合可能な第2の官能基が導入された樹脂材料を調整する工程と、前記第2の官能基が導入された樹脂材料を用いて、袋状に成形する工程と、を有する。
本発明の一態様においては、前記第1の官能基は、アミノ基であり、前記第2の官能基は、活性エステル基であることが好ましい。
本発明の一態様においては、前記活性エステル基は、N−ヒドロキシスクシンイミドとカルボキシ基とのエステル、またはN−ヒドロキシスルホスクシンイミドとカルボキシ基とのエステルであることが好ましい。
また、本発明の一態様に係る骨修復キットは、上述の充填物保持部材と、骨セメントと、を有する。
本発明によれば、充填物の漏出を抑制することが可能な充填物保持部材を提供することができる。また、このような充填物保持部材の製造方法を提供することができる。また、このような充填物保持部材を含む骨修復キットを提供することができる。
[第1実施形態]
以下、図1,2を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キットについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
以下、図1,2を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キットについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図1は、本発明の第1実施形態に係る充填物保持部材(以下、「バルーン」と称する)1Aを示す模式図であり、図1(a)は全体図であり、図1(b)は断面図である。
図1に示すように、本実施形態のバルーン1Aは、樹脂材料を形成材料とし、充填物を充填可能な内部空間2を有する袋状の部材である。内部空間2は、開口部3を介して外部と接続している。さらに、バルーン1Aは、内部空間2に面する内側表面に、充填物が有する官能基(第1の官能基)と化学結合可能な官能基(第2の官能基)4を有する。バルーン1Aは、例えば、長軸が15mm、短軸が3mmの回転楕円体である。なお、開口部3は、バルーン1Aの使用時に開口していればよく、保管時や運搬時には封じられていても構わない。
バルーン1Aを構成する樹脂材料としては、バルーン1Aを生体内に留置したときに生体が拒絶反応を起こしにくい材料、または起こさない材料(以下、生体親和性ポリマーと称することがある)や、生体内で分解され吸収される材料(以下、吸収性ポリマーと称することがある)を用いることができる。
生体親和性ポリマーとして、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリビニルピロリドン(PVP)およびこれらの共重合体(ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)等を挙げることができる。
吸収性ポリマーとしては、例えば、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、アルギン酸、デンプン、ペクチン等の多糖類;ゼラチン、コラーゲン、フィブリン、アルブミン等のタンパク質;ポリ乳酸(PLA)、ポリグルコール酸(PLGA)、ポリカプロラクトン、ポリリンゴ酸、およびこれらの共重合体(ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)等が挙げられる。
これらの材料のなかでも、物理架橋を形成する性質を有する高分子材料が好ましい。ここで、「物理架橋」とは、高分子(ひも状分子)間にはたらく水素結合や疎水性相互作用などの物理的引力相互作用による架橋である。このような材料では、熱処理による分子間相互作用の増強により物理架橋・自己組織化が進むため、ひずみや引張応力を所望の範囲に制御したバルーン1Aを調整可能である。
また、このような性質を有する材料では、高分子間を共有結合で直接架橋することでネットワークを形成する「化学ゲル」とは異なり、高分子に化学反応により架橋を行う官能基がないため、生体内に留置したときに生体に悪影響を与えにくく好ましい。
物理架橋を形成する性質を有する材料としては、PVA、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、PVP、ゼラチンなどが挙げられる。
その他、バルーン1Aを構成する樹脂材料には、本発明の効果を損なわない範囲で、重合可能なモノマーを共重合させることとしてもよい。このようなモノマーを共重合させることにより、樹脂材料にアミノ基や活性エステル基を導入することとしてもよい。
ここで、「活性エステル基」とは、カルボキシ基と電子吸引性の基とのエステルであって、活性エステル基を構成する−CO2−基と、他のアミノ基との反応性を向上させたエステル基のことを指す。活性エステル基を構成する電子吸引性の基としては、脱離した場合に生体に拒絶反応等の悪影響を及ぼさない範囲で、通常知られる種々のものを用いることができる。このような電子吸引性の基を形成するカルボキシ基修飾低分子として、例えば、N−ヒドロキシスクシンイミド(すなわち、活性エステル基がスクシンイミジル基である)N−ヒドロキシスルホスクシンイミド(すなわち、活性エステル基がスルホスクシンイミジル基である)を用いることができ、電子吸引性の基としてアシル基(すなわち、活性エステル基が無水カルボキシ基である)を用いることができる。中でも、スクシンイミジル基またはスルホスクシンイミジル基を有する活性エステルが好ましい。
また、バルーン1Aを構成する樹脂材料と共重合可能なモノマーとして、分子内の2箇所以上で樹脂材料と共重合可能な架橋剤を用いることとしてもよい。樹脂材料を架橋することで、バルーン1Aの強度や弾性率などの物理特性を制御することが可能である。
本実施形態のバルーン1Aには、内部空間2に、充填物として骨セメントが充填される。ここで、「骨セメント」とは、医療用の接着剤として用いられる硬化型の樹脂組成物である。また「硬化型」とは、骨セメント材料としてモノマーやオリゴマーと重合開始剤(硬化剤)とを含むことにより、使用に際しモノマーやオリゴマーの重合が進行して、使用前には液状またはゲル状であったものが流動性を失い固化する(硬化する)性質を有することを示す。
通常知られる骨セメントは、液状のメタクリル酸メチル(MMA)モノマーと、重合開始剤(硬化剤)と、粉末状のポリメタクリル酸メチル(PMMA)、PMMA−スチレン共重合体および硫酸バリウムと、の混合物である。また、硫酸バリウムに代えて、リン酸カルシウム(またはヒドロキシアパタイト)を用いることもできる。なお、上述した骨セメントの組成は例示であり、骨セメントとして使用可能な他の組成の樹脂組成物を除外するものではない。
市販されている骨セメントとしては、CMWボーンセメントタイプ1RO、CMWボーンセメントタイプ3(以上、寿医科商事,デピュー・ジャパン)、セメックスRX、セメックスシステム、セメックスアイソプラスチック(以上、佐多商会)、エンデュランスボーンセメント(デピュー・ジャパン)、サージカルシンプレックス(ファイザー製薬)、オステオボンドコポリマーボーンセメント、レギュラーボーンセメント、L.V.C.ボーンセメント(以上、ブリストル・マイヤーズスクイブ)を例示することができる。
バルーン1Aは、内側表面に、重合により骨セメントの樹脂成分となるMMAモノマーが有するメタクリル基(第1の官能基)と化学結合可能な官能基4を有する。官能基4としては、アルケニル基、チオール基を用いることができる。ここで「アルケニル基」とは、アルケンの任意の炭素原子から一個の水素原子を除去した一価基であり、例えば、ビニル基、アクリル基、メタクリル基等を例示することができる。中でも、反応性が高く共重合しやすいことからメタクリル基が好ましい。
このようなバルーン1Aは、内部空間2から空気を抜きしぼませることができるとともに、内部空間2に気体を吹き込むことにより膨らませることができる。さらに、膨らませることによりバルーン1Aを膨張させ、内部空間2を拡張させることができる。
なお、バルーン1Aと骨セメントとの組み合わせは、本発明における骨修復キットを構成する。骨修復キットは、骨セメントをバルーン1A内に注入するための器具(管やシリンジ等)を有していてもよい。
このようなバルーン1Aは、例えば次のようにして製造することができる。
まず、上述のバルーン1Aを構成する樹脂材料を用いて袋状の成形体を成形する(成形体を成形する工程)。成形は、樹脂材料を溶媒に溶解し、得られた溶液(原料液)を用いてディップ成形することにより行うとよい。また、樹脂材料を用いてブロー成形することとしてもよい。
ここで、バルーン1Aを構成する樹脂材料としてPVAを用いる場合、PVAは物理架橋を形成する性質を有するため、PVAを含む溶液を用いて、ディップ成形することにより袋状の成形体とし、さらに得られた成形体を50℃以上PVAの融点未満で加熱することとするとよい。このような熱処理により、成形体を構成するPVAにおいて、水素結合による物理架橋が進行し、未処理のものと比べてひずみや引張応力を向上させることができる。したがって、バルーン1Aを破損しにくく、膨らませやすいものとすることができる。
PVAを用いた成形体について、熱処理の時間は、100℃の熱処理温度においては、0分より長く100分以下であることが好ましく、1分以上60分以下であることがより好ましく、1分以上30分以下であることがさらに好ましい。
熱処理の温度によらず、定性的には熱処理時間の経過とともに架橋が進行し、いずれ架橋が飽和すると考えられる。架橋が進行すると、成形体が固くなりひずみにくくなるため、バルーン1Aとしたときに膨らみにくくなることが考えられるため、目標物性に応じて熱処理条件(熱処理温度、熱処理時間)を設定し架橋を調整するとよい。例えば、特定熱処理温度において、架橋が飽和するまでの熱処理時間を実験的に確かめた上で、熱処理開始から架橋の飽和までの間において、所望のひずみおよび引張応力となる熱処理時間を予備実験で求めることにより、熱処理条件を設定することが可能となる。
次いで、得られた成形体において、バルーン1Aの内側となる面の表面を、図1における官能基4で化学修飾する(化学修飾する工程)。化学修飾は、例えば(1)成形体の表面に存在する基と結合可能な官能基と、(2)図1における官能基4と、を有する化合物を成形体に塗布し、乾燥させることで実現可能である。
上記(1)の官能基としては、成形体の表面に存在する基が水酸基である場合、エポキシ基が好ましい。成形体の表面に存在する基がアミノ基である場合、活性エステル基が好ましい。成形体の表面に存在する基が活性エステル基である場合、アミノ基が好ましい。
また、上記(2)の官能基(すなわち図1における官能基4)としては、上述したようにアルケニル基、チオール基が挙げられ、メタクリル基が好ましい。
バルーン1Aの内側となる面の表面を化学修飾する際に用いる化合物においては、バルーン1Aの形成材料として用いる樹脂材料に応じて、これら(1)の官能基と(2)の官能基とは、適宜組み合わせて用いることができる。例えば、樹脂材料として分子内に水酸基を多数有するPVAを用いる場合、化学修飾する際に用いる化合物として、エポキシ基とメタクリル基とを有するグリシジルメタクリレートを用いることができる。
成形体の表面の化学修飾は、袋状の成形体の内部表面に上記化合物を塗布した後、上記化合物の過剰分を除去し、乾燥させて行うとよい。また、袋状の成形体の外側表面に上記化合物を塗布し、同様に乾燥させたのちに裏返しても構わない。
このようにして得られる本実施形態のバルーン1Aは、内側表面にのみグリシジルメタクリレートに由来するメタクリル基を有している。そのため、後述するようにバルーン1Aを生体内に留置する場合、メタクリル基が生体に触れず、生体に負荷をかけにくいものとなる。
上述した本実施形態のバルーン1Aは、経皮的椎体形成術に用いられる。図2は、本実施形態のバルーン1Aを用いた経皮的椎体形成術の様子を示した模式図である。ここでは、バルーン1Aの内側表面が、グリシジルメタクリレートで表面修飾されているものとして説明する。
まず、図2(a)に示すように、例えば圧迫骨折して変形した椎体100に対し、図2(b)に示すように、本実施形態のバルーン1Aを挿入する。その後、椎体100の内部で挿入管10を介して気体を送りこみ、バルーン1Aを膨らませることにより、バルーン1Aで内部から椎体100を押し広げ、潰れた椎体100の形を整える。
その後、図2(c)に示すように、椎体100内に留置したバルーン1Aの内部に、挿入管10を介して骨セメント20を充填する。骨セメント20の充填後には、挿入管10を抜き、挿入管10が接続されていた箇所(図1における開口部3)を結索して閉じる。
バルーン1Aの内側表面には、グリシジルメタクリレートに由来するメタクリル基が存在している。この官能基は、骨セメントのモノマー成分であるMMAと共重合可能である。したがって、骨セメントの硬化(骨セメントに含まれるメタクリル酸メチルの重合)とともに、骨セメントに含まれるMMAとバルーン1Aの表面のメタクリル基とが共重合し、バルーン1Aと骨セメントとが化学的に結合する。
このように、バルーン1Aを用いると、充填された骨セメント20は、周囲がバルーン1Aに覆われているため、椎体100内に拡散することがない。また、仮に施術中にバルーン1Aが損傷したとしても、非常に限定された損傷位置からのみ骨セメントが拡散することとなるため、骨セメント20の椎体内への拡散を抑制することができる。
さらに、バルーン1A内に充填された骨セメント20は、バルーン1Aの内側表面の官能基と化学結合するため、バルーン1Aが損傷したとしても、バルーン1Aの近傍における骨セメント20の移動は規制され、椎体100内へ拡散しにくくなる。
これにより、充填物である骨セメントの椎体100内への拡散を抑制することができ、椎体(骨)を修復して、効果の高い治療が可能となる。
以上のような構成のバルーン(充填物保持部材)1Aによれば、充填物の漏出を抑制することが可能となる。
また、以上のような構成のバルーン1Aの製造方法によれば、内側表面にのみ官能基を付与することが容易となる。
なお、本実施形態においては、バルーン1Aが、長軸が15mm、短軸が3mmの回転楕円体であることとして説明したが、これに限らない。バルーン1Aの形状、大きさ、弾性率などの仕様については、上述した経皮的椎体形成術においてバルーン1Aを用いる箇所に応じて適宜設定することができる。
バルーン1Aの形状は、膨らませたときに等方的に膨らむよう球形や回転楕円体としてもよいがこれに限らず種々の形状とすることができ、また、種々の大きさを採用可能である。
バルーン1Aの弾性率は、しぼんだ状態から内部空間2に気体を吹き込んだときに内圧により容易に膨らませることができる程度の物性であればよく、また、内部空間2を拡張させることが可能な程度の伸びを示すものであればよい。さらに、バルーン1Aが使用時に周囲の椎体からの圧力に応じて適宜変形可能である程度の弾性率を有することにより、使用時に椎体に密着し、密着面全体で椎体を押し広げるため、椎体の修復が容易となる。
バルーン1Aの形状は、膨らませたときに等方的に膨らむよう球形や回転楕円体としてもよいがこれに限らず種々の形状とすることができ、また、種々の大きさを採用可能である。
バルーン1Aの弾性率は、しぼんだ状態から内部空間2に気体を吹き込んだときに内圧により容易に膨らませることができる程度の物性であればよく、また、内部空間2を拡張させることが可能な程度の伸びを示すものであればよい。さらに、バルーン1Aが使用時に周囲の椎体からの圧力に応じて適宜変形可能である程度の弾性率を有することにより、使用時に椎体に密着し、密着面全体で椎体を押し広げるため、椎体の修復が容易となる。
[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態に係るバルーン(充填物保持部材)1Bの説明図である。本実施形態のバルーン1Bは、第1実施形態のバルーン1Aと一部共通している。異なるのは、外側表面にも官能基5を有することである。したがって、本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図3は、本発明の第2実施形態に係るバルーン(充填物保持部材)1Bの説明図である。本実施形態のバルーン1Bは、第1実施形態のバルーン1Aと一部共通している。異なるのは、外側表面にも官能基5を有することである。したがって、本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図3に示す本実施形態のバルーン1Bは、内部空間2に、充填物として生体由来の骨の粉砕物が充填される。ここで、本実施形態において「生体由来の骨」とは、自家骨、および自家骨髄に由来する物質から培養した培養骨を含む。
バルーン1Bは、形成材料として、吸収性材料を用いることが好ましい。
バルーン1Bは、内側表面および内部空間2に面しない外側表面に、生体由来の骨の粉砕物に含まれるコラーゲンまたは細胞外マトリックスタンパク質が有するアミノ基(第1の官能基)と化学結合可能な官能基(第2の官能基)5を有する。なお、「細胞外マトリックスタンパク質」とは、細胞外マトリックスに含まれるタンパク質を指す。
官能基5としては、活性エステル基を用いることができる。活性エステル基を構成する電子吸引性のカルボキシ基修飾低分子としては、例えば、N−ヒドロキシスクシンイミド(すなわち、活性エステル基がスクシンイミジル基である)、またはN−ヒドロキシスルホスクシンイミド(すなわち、活性エステル基がスルホスクシンイミジル基である)を好ましく用いることができる。スクシンイミジル基は、脱離して生じるN−ヒドロキシスクシンイミドが、生体内に存在するコハク酸の誘導体であり、生体内で生じた場合にも悪影響を及ぼしにくいことから好ましい。同様に、スルホスクシンイミジル基は、脱離して生じるN−ヒドロキシスルホスクシンイミドが、生体内に存在するコハク酸の誘導体であり、生体内で生じた場合にも悪影響を及ぼしにくいことから好ましい。
このようなバルーン1Bは、次のようにして製造することができる。
まず、上述のバルーン1Bを構成する樹脂材料に、図3における官能基5を導入する(官能基を導入する工程)。官能基5の導入は、例えば、(i)樹脂材料が有する基と結合可能な官能基および(ii)図3における官能基5を有する化合物を、樹脂材料と混合し反応させることで実現可能である。この場合、主鎖骨格を構成する樹脂材料に、側鎖として官能基5が導入されることとなる。なお、樹脂材料の重合時に、官能基5を有するモノマーを共重合させて官能基5を導入することとしてもよい。
上記(i)の官能基としては、樹脂材料が有する基が水酸基である場合、エポキシ基が好ましい。成形体の表面に存在する基がアミノ基である場合、活性エステル基が好ましい。
また、上記(2)の官能基(すなわち図3における官能基5)としては、上述したように活性エステル基が用いられる。
なお、バルーン1Bを構成する樹脂材料を重合する際に、官能基5を有するモノマーを共重合させることにより、官能基5を導入することとしてもよい。
次いで、得られた樹脂材料を袋状に成形する(袋状に成形する工程)。成形は、樹脂材料を溶媒に溶解し、得られた溶液を用いてディップ成形することにより行うとよい。また、樹脂材料を用いてブロー成形することとしてもよい。
このようにして得られる本実施形態のバルーン1Bは、内側表面および外側表面に活性エステル基を有していることとなる。
そのため、第1に、バルーン1Bと生体由来の骨の粉砕物(充填物)を用いて上述の経皮的椎体形成術を行う場合、バルーン1Bの内部では、充填物である骨の粉砕物に含まれるコラーゲンまたは細胞外マトリックスタンパク質と、バルーン1Bの内側表面とが化学結合する。
経皮的椎体形成術において、骨の粉砕物を用いる利点としては、施術を行う箇所における骨の再生時に再生される骨と充填した骨の粉砕物とが一体となることにより、再生を促進することができることが挙げられる。そのため、施術後、充填物が再生される骨と一体となるまでの間、充填物である骨の粉砕物は、施術を行った箇所に留まっていることが好ましい。
ここで、バルーン1Bについて、椎体内で割れやすい厚さとしたり、吸収性材料を用いて形成したりすると、バルーン1Bに充填された充填物は、バルーン1Bにより拡散が規制されながら、徐々に椎体内の組織と接触し、骨の再生とともに一体化することとなる。そのため、充填物の拡散を規制しない場合と比べ、効果の高い治療が可能となる。
第2に、バルーン1Bは、外側表面にも官能基5を有している。外側表面の官能基5は、椎体内の組織と接触し、椎体に含まれるコラーゲンまたは細胞外マトリックスタンパク質と結合することで、バルーン1Bの位置ズレを抑制する。そのため、より効果の高い治療が可能となる。
以上のような構成のバルーン(充填物保持部材)1Bによっても、充填物の漏出を抑制することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、第1実施形態に記載したバルーン1Aのように、内側表面に官能基4を有する構成とした場合に、官能基4として活性エステル基を選択し、充填剤として生体由来の骨の粉砕物を用いることとしても構わない。
また、第2実施形態に記載したバルーン1Bのように、内側表面および外側表面に官能基5を有する構成とした場合に、官能基5としてアルケニル基やビニル基を選択し、充填剤として骨セメントを用いることとしても構わない。
また、第2実施形態に記載したバルーン1Bにおいては、内側表面と外側表面とに同じ官能基5を有する構成としたが、これに限らず、内側表面に有する官能基と外側表面に有する官能基が異なることとしてもよい。例えば、内側表面に有する官能基として、バルーン1Aと同様にアルケニル基やビニル基を選択し、外側表面に有する官能基として、活性エステル基を選択することし、充填剤として骨セメントを用いることとすることもできる。
この場合、2種の官能基の導入順序は、どちらが先でも構わない。例えば、第1実施形態で示した製造方法に続いて、同様の手法で外側表面を化学修飾することにより、外側表面に内側表面とは異なる官能基を導入することができる。
また、第1実施形態および第2実施形態においては、充填物をそれぞれ骨セメント(第1実施形態)、生体由来の骨の粉砕物(第2実施形態)を単独で用いることとして説明したが、骨セメントおよび骨の粉砕物は互いに混合して用いることとしてもよい。
[実験例]
以下に本発明をモデル実験の実験例により説明するが、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。本実験例において、各測定値は以下の方法を用いて求めた。
以下に本発明をモデル実験の実験例により説明するが、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。本実験例において、各測定値は以下の方法を用いて求めた。
(i)膨潤度
膨潤度は、PVAの膜状成形体を直径20mm、厚さ100μm(0.1mm)の円形に加工した試験片を用いて測定し、下記式(1)に基づいて算出した。試験は3回行い、3回の試験結果の算術平均値を測定値とした。
膨潤度は、PVAの膜状成形体を直径20mm、厚さ100μm(0.1mm)の円形に加工した試験片を用いて測定し、下記式(1)に基づいて算出した。試験は3回行い、3回の試験結果の算術平均値を測定値とした。
(ii)引張強度
引張強度は、PVAの膜状成形体を幅5mm、長さ50mm、厚さ100μm(0.1mm)に加工した試験片を用い、引張試験機(テクスチャーアナライザーTA.XTplus、英弘精機製)にて引張強度1mm/秒で測定した。試験は3回行い、3回の試験結果の算術平均値を測定値とした。
引張強度は、PVAの膜状成形体を幅5mm、長さ50mm、厚さ100μm(0.1mm)に加工した試験片を用い、引張試験機(テクスチャーアナライザーTA.XTplus、英弘精機製)にて引張強度1mm/秒で測定した。試験は3回行い、3回の試験結果の算術平均値を測定値とした。
(iii)接触角
接触角は、接触角測定装置(DM800、協和界面科学株式会社製)を用いて測定した。
接触角は、接触角測定装置(DM800、協和界面科学株式会社製)を用いて測定した。
(iv)赤外吸収スペクトル
赤外吸収スペクトルは、フーリエ変化赤外分光光度計(FTIR−8400S、島津製作所製)を用い、減衰全反射法(attenuated total reflection。以下、ATRと称する)により測定した。
赤外吸収スペクトルは、フーリエ変化赤外分光光度計(FTIR−8400S、島津製作所製)を用い、減衰全反射法(attenuated total reflection。以下、ATRと称する)により測定した。
(v)X線光電子分光スペクトル
X線光電子分光スペクトル(XPSスペクトル)は、角度分解型微小領域X線光電子分光装置(VG Theta Probe, Thermo Fisher Scientific Inc.製)を用いて測定した。
X線光電子分光スペクトル(XPSスペクトル)は、角度分解型微小領域X線光電子分光装置(VG Theta Probe, Thermo Fisher Scientific Inc.製)を用いて測定した。
(1)PVAの膜状成形体の成形
PVA(Polysciences社製、けん化度99.7mol%、重量平均分子量78,000)および水を、10%PVA水溶液となるように計量して混合し、121℃に設定したオートクレーヴ内で15分加熱して溶解させた。得られたPVA水溶液を98℃になるまでオートクレーヴ内で放冷して取り出し、深さ1mmのシリコーンシートの鋳型に流し入れた。余分なPVA水溶液をヘラで取り除き、一晩ドラフトで風乾した後、さらに室温(25〜30℃)で24時間減圧乾燥して、PVAの膜状成形体を得た。得られた膜状成形体について、常圧下100℃で熱処理を行った。
熱処理後の膜状成形体から適宜試験片を作成し、37℃の水に17時間浸漬した後の膨潤度、および引張強度を測定した。
PVA(Polysciences社製、けん化度99.7mol%、重量平均分子量78,000)および水を、10%PVA水溶液となるように計量して混合し、121℃に設定したオートクレーヴ内で15分加熱して溶解させた。得られたPVA水溶液を98℃になるまでオートクレーヴ内で放冷して取り出し、深さ1mmのシリコーンシートの鋳型に流し入れた。余分なPVA水溶液をヘラで取り除き、一晩ドラフトで風乾した後、さらに室温(25〜30℃)で24時間減圧乾燥して、PVAの膜状成形体を得た。得られた膜状成形体について、常圧下100℃で熱処理を行った。
熱処理後の膜状成形体から適宜試験片を作成し、37℃の水に17時間浸漬した後の膨潤度、および引張強度を測定した。
図4は、膜状成形体の熱処理時間と膨潤度との関係を示すグラフである。図に示すように、30分の熱処理で急激に膨潤度が減少し、60分の熱処理でほぼ膨潤度が一定となっている。このことは、熱処理によりPVAの再配列が起こり、水素結合の形成(物理架橋)が生じたことを示している。また、60分を超えると、物理架橋が飽和していると考えられる。
図5は、膜状成形体の熱処理時間とひずみの関係、および熱処理時間と引張応力との関係を示すグラフである。図に示すように、10〜30分の熱処理でひずみが大きくなり、60分以上では低下することが明らかとなった。一方、引張応力は60分以上の熱処理では一定となることが明らかとなった。ひずみと引張応力との両方が高い値を示すことから、熱処理時間は10分以上30分以下が好ましい。
(2)膜状成形体の表面の化学修飾
30分熱処理した膜状成形体から、幅10mm、長さ50mm、厚さ100μm(0.1mm)の短冊状の試験片(以下、PVA成形体と称する)(12.5g)を作成した。
PVA成形体、希塩酸(pH1.5)100mLおよびグリシジルメタクリレート(以下、GMと称する)12.9gをビーカーにいれ、40℃で24時間加温した。多量のアセトンで洗浄後、サンプル表面がGMで化学修飾されたPVA成形体の試験片(以下、GM−PVA成形体と称する)を得た。
30分熱処理した膜状成形体から、幅10mm、長さ50mm、厚さ100μm(0.1mm)の短冊状の試験片(以下、PVA成形体と称する)(12.5g)を作成した。
PVA成形体、希塩酸(pH1.5)100mLおよびグリシジルメタクリレート(以下、GMと称する)12.9gをビーカーにいれ、40℃で24時間加温した。多量のアセトンで洗浄後、サンプル表面がGMで化学修飾されたPVA成形体の試験片(以下、GM−PVA成形体と称する)を得た。
図6は、PVA成形体およびGM−PVA成形体について、水に対する接触角測定を行った結果を示す写真である。図に示すように、GMによる化学修飾後は疎水的になっており、表面の水酸基が減少しGMが導入されていることが示唆された。
図7は、PVA成形体およびGM−PVA成形体について、C1sのX線光電子分光法(XPS)スペクトルである。PVA成形体の場合、C−Oによるピークのみがみられた。一方、GM−PVA成形体の場合にはC=OまたはC=Cと考えられる2つのピークがみられた。GM−PVA成形体で新たに見られた2つのピークは、GMAの構造に由来すると考えられる。
図8は、PVA成形体およびGM−PVA成形体のFT−IR−ATRスペクトルである。PVA成形体およびGM−PVA成形体のスペクトルにおいて、3440−3100cm−1にみられるピークは、OH基の伸縮振動に由来するものである。また、GM−PVA成形体のスペクトルのうち、1690cm−1にみられるピークはメタクリル基が有するカルボニル基の伸縮振動に由来するものであり、1200−1040cm−1にみられるピークはC−O,C−O−Cの変角振動に由来するものとみられ、GMの構造に由来すると考えられる。
(3)GM−PVA成形体と骨セメントとの接着強度(予備実験)
GM−PVA成形体の試験片を2本用意し、図9に示すように、互いの長手方向の端部から10mmの長さで骨セメント(エンデュランスボーンセメント、デピュー・ジャパン社製)を挟み込み接着した。一定時間経過後、引張強度を測定した。
GM−PVA成形体の試験片を2本用意し、図9に示すように、互いの長手方向の端部から10mmの長さで骨セメント(エンデュランスボーンセメント、デピュー・ジャパン社製)を挟み込み接着した。一定時間経過後、引張強度を測定した。
図10は、接着時間に対する接着強度の変化を示す図である。図に示すように、接着時間15分で最大の接着強度を示す傾向が認められた。15分以上静置しても接着強度に違いはみられなかったため、次項の強度評価は15分間の静置で十分であることがわかった。
(4)PVA成形体またはGM−PVA成形体と骨セメントとの接着強度
PVA成形体またはGM−PVA成形体を載置し、長手方向の端部から10mmの位置まで重ねながら骨セメントを面状に塗り広げて被せ、骨セメントを15分間硬化させた。その後、固化した骨セメントを幅10mm、長さ50mmの短冊状に成形して、図11に示すような試験体を作成した。
PVA成形体またはGM−PVA成形体を載置し、長手方向の端部から10mmの位置まで重ねながら骨セメントを面状に塗り広げて被せ、骨セメントを15分間硬化させた。その後、固化した骨セメントを幅10mm、長さ50mmの短冊状に成形して、図11に示すような試験体を作成した。
作成した試験体について、引張強度を測定した。引張強度試験においては、GM−PVA成形体と骨セメントの成形体との界面、またはPVA成形体と骨セメントの成形体との界面で剥離して試験体が破断するため、破断時の引張強度を各成形体と骨セメントとの接合強度として求めた。
図12は、GM−PVA成形体およびPVA成形体に対する骨セメントの接合強度を測定した結果を示すグラフである。図に示すように、GM化することにより、統計的に優位な接合強度増加が認められた。
以上の結果より、GMで表面を化学修飾したPVAの成形体においては、表面に接する骨セメントが硬化する際に、骨セメントが有する官能基とGMとが化学結合することが示唆された。
1A,1B…バルーン、2…内部空間、3…開口部、4,5…官能基(第2の官能基)、10…挿入管、20…骨セメント、100…椎体
Claims (12)
- 樹脂材料を形成材料とし、骨セメントまたは生体由来の骨の粉砕物の少なくともいずれか一方を含む充填物を充填可能な内部空間を有し、
前記内部空間に面する内側表面に、前記充填物が有する第1の官能基と化学結合可能な第2の官能基を有する充填物保持部材。 - 前記充填物が前記骨セメントを含み、
前記第1の官能基は、前記骨セメントを構成する樹脂が有し、
前記内側表面にのみ前記第2の官能基を有する請求項1に記載の充填物保持部材。 - 前記第1の官能基は、アルケニル基であり、
前記第2の官能基は、アルケニル基またはチオール基である請求項2に記載の充填物保持部材。 - 前記充填物が前記骨の粉砕物を含み、
前記第1の官能基は、前記骨の粉砕物に含まれるコラーゲンまたは細胞外マトリックスタンパク質が有し、
前記内側表面および前記内部空間に面しない外側表面に、前記第2の官能基を有する請求項1に記載の充填物保持部材。 - 前記第1の官能基は、アミノ基であり、
前記第2の官能基は、活性エステル基である請求項4に記載の充填物保持部材。 - 前記活性エステル基は、N−ヒドロキシスクシンイミドとカルボキシ基とのエステル、またはN−ヒドロキシスルホスクシンイミドとカルボキシ基とのエステルである請求項5に記載の充填物保持部材。
- 樹脂材料を用いて、袋状の成形体を成形する工程と、
骨セメントを構成する樹脂が有する第1の官能基と化学結合可能な第2の官能基を、前記成形体の内側となる面の表面に化学修飾する工程と、を有する充填物保持部材の製造方法。 - 前記樹脂材料が、物理架橋を形成する性質を有する高分子材料であり、
前記成形体を成形する工程では、前記高分子材料を含む原料液を用いて、前記成形体をディップ成形で成形し、
前記成形体を50℃以上前記樹脂材料の融点未満で加熱する工程をさらに含む請求項7に記載の充填物保持部材の製造方法。 - コラーゲンまたは細胞外マトリックスタンパク質が有する第1の官能基と化学結合可能な第2の官能基が導入された樹脂材料を調整する工程と、
前記第2の官能基が導入された樹脂材料を用いて、袋状に成形する工程と、を有する充填物保持部材の製造方法。 - 前記第1の官能基は、アミノ基であり、
前記第2の官能基は、活性エステル基である請求項9に記載の充填物保持部材の製造方法。 - 前記活性エステル基は、N−ヒドロキシスクシンイミドとカルボキシ基とのエステル、またはN−ヒドロキシスルホスクシンイミドとカルボキシ基とのエステルである請求項10に記載の充填物保持部材の製造方法。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の充填物保持部材と、骨セメントと、を有する骨修復キット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012192599A JP2014046046A (ja) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | 充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012192599A JP2014046046A (ja) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | 充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014046046A true JP2014046046A (ja) | 2014-03-17 |
Family
ID=50606324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012192599A Pending JP2014046046A (ja) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | 充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キット |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014046046A (ja) |
-
2012
- 2012-08-31 JP JP2012192599A patent/JP2014046046A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zheng et al. | Functional silk fibroin hydrogels: preparation, properties and applications | |
Demir et al. | Poly (methyl vinyl ether-co-maleic acid)–Pectin based hydrogel-forming systems: Gel, film, and microneedles | |
JP6456285B2 (ja) | 選択的重合性組成物およびinvivoでのその使用方法 | |
JP7504473B2 (ja) | 多様な湿潤表面用の生体から着想を得た分解性の強靭な接着剤 | |
JP5864429B2 (ja) | 架橋ヒドロゲル組成物、ヒドロゲル組成物の形成方法、及びキット | |
ES2700677T3 (es) | Composiciones para implante óseo que en un principio puede deformarse plásticamente | |
US9107951B2 (en) | Calcium particle-embedded, snap-to-dough, high-viscosity bone cement | |
JP5800821B2 (ja) | 組織拡張器 | |
US7968616B2 (en) | Bone cement composition and method | |
JP6048858B2 (ja) | 接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キット | |
Qiu et al. | Improving mechanical properties of injectable polymers and composites | |
KR20110076826A (ko) | 수화겔, 이의 제조 방법 및 용도 | |
CN110072921A (zh) | 生物降解性高分子的多孔性微粒及包含其的高分子填充物 | |
Hashemi et al. | Effects of biopolymer functionalization and nanohydroxyapatite heat treatment on the tensile and thermomechanical properties of Bone-Inspired 3D printable nanocomposite biomaterials | |
Mano et al. | Dynamic mechanical analysis in polymers for medical applications | |
CN113101417B (zh) | 具有成骨性的人工骨复合材料 | |
CN110448727B (zh) | 一种粘性水凝胶材料、免缝合人工神经导管及其制备方法 | |
JP2014046046A (ja) | 充填物保持部材、充填物保持部材の製造方法および骨修復キット | |
CN113289065B (zh) | 可诱导骨生长的人工骨复合材料的制备方法 | |
Safranski et al. | Mechanical properties of shape-memory polymers for biomedical applications | |
JP2022545893A (ja) | 複数の硬化状態を含むインプラント | |
CN113181426A (zh) | 具有骨修复能力的人工骨复合材料的制备方法 | |
Yong Joon et al. | Development of Alginate-based Spray-type Hydrogel and Evaluation of Technical Compatibility for Container Application | |
Hamzah et al. | Physiochemical and In-Vitro Bioactivity Characterization of Polyvinyl Alcohol/Halloysite Nanotube/Collagen (PVA/HNT/Col) using Freeze-Thawing Method and Spin Coated Technique for Wound Healing Applications | |
CN118384329A (zh) | 一种可注射的复合填充剂及其制备方法 |