JP2015500692A - 軸索再生を促進するための脊髄装置および方法 - Google Patents

Abstract

脊髄装置は、生体適合性で生分解性のマトリックスで形成される本体を含む。前記本体は、損傷部分の除去後に損傷した脊髄の２つの末端に接続するための近位頭側表面および遠位尾側表面を含み、下行運動路と上行知覚路との連絡のために頭側表面と尾側表面とに開口部を備えた貫通チャネルを有する。前記装置は横直径（Ｄｔ）、前後径（Ｄａ）および長さ（Ｌ）を有し、Ｄｔは９から１３ｍｍであり、前後径／横直径の比率（ＲＡＰＴ）は０．５から１．０であり、チャネルの位置および寸法、ＲＡＰＴ値、ならびに装置の頭側表面の面積および／または尾側表面の面積は、脊髄路の間の最適な連絡のために損傷した脊髄の形状、レベル、白質および灰白質の寸法、ならびに大きさに合わせて選択される。キットおよび方法はこのような装置を用いる。

Description

本発明は、脊髄損傷（Spinal Cord Injury; ＳＣＩ）の治療に関し、損傷した脊髄の形状、レベル、大きさおよび白質および灰白質の寸法に合わせて選択した寸法を有する生分解性装置を対象とする。これらの装置は、脊髄の間隙を架橋するための軸索の再生および伸長の促進のために損傷の部位に外科的に挿入されるものである。これらの装置は、２つの脊髄端の間で白質から灰白質への運動ならびに知覚連絡を提供するように設計される。本発明はまた、一連の装置を含むキット、特定の患者に最適な装置を選択するための方法、および本発明による装置の移植のための外科的方法も対象とする。

脊髄損傷は、外傷または疾患が脊髄を損傷する場合に起こり、部分的または完全な麻痺を生じさせる。麻痺のレベルはどの部位で損傷が起こるか、すなわち頸部で起こるかまたは背部で起こるかによって決定される。麻痺以外に、通常は知覚喪失、失禁、難治性疼痛および褥瘡の徴候が存在する。ＳＣＩの世界的な年間発生率は百万人につき約２２例と推定され、約２５０万人の生存者がＳＣＩ誘導性麻痺を有しながら生きている。現在のところ、これらの重篤な症例において脊髄機能を回復する治療法はなく、さらには有意に改善する治療法すらない。

ラットにおいて脊髄間隙を架橋するために末梢神経移植片を使用する試みが１９９６年にＣｈｅｎｇ ｅｔ ａｌ（Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７３：５１０）によって報告された。神経移植片は、下行運動路を頭側（近位）の非許容的状態の白質から尾側（遠位）の許容的灰白質へ、および上行路を尾側白質から頭側灰白質へと向かわせた。神経膠症（gliosis）を低減し、軸索再生を増強するためにＦＧＦ１を添加した。神経移植片を２つの脊髄端の間の間隙に位置付け、組織接着剤（tissue glue）によって正しい位置に保持した。修復手順、すなわちＦＧＦ１と共に神経移植片の移植を受けた動物は、後脚機能が有意に改善した。最初の改善は手術の数週間後に認められ、１年間の観察を通じて持続した。脊髄修復手順をさらに改善する試みは、手術前に病変の程度を評価するために磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）を用いることによって為されている。Ｆｒａｉｄａｋｉｓ ｅｔ ａｌ（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｎｅｕｒｏｌｏｇｙ １８８（２００４）３３−４２）参照。薄い連続的なＭＲＩ切片は、灰白質および白質の同定ならびに嚢胞形成の可視化を可能にした。損傷した脊髄を、必要に応じて、切除した後、自家肋間神経移植片を移植し、修復部位を、酸性ＦＧＦを含有するフィブリン膠に包埋した。

脊髄の間隙を架橋するためのあらかじめ形成された装置およびその製造のための方法も、先行技術から、例えば米国特許第６，２３５，０４１号（Ｃｈｅｎｇ ａｎｄ Ｏｌｓｓｏｎ）、米国特許第７，１６３，５４５号（Ｙａｓｚｅｍｓｋｉ ｅｔ ａｌ）および国際公開第２００７／１１１５６２号（Ｓｖｅｎｓｓｏｎ ａｎｄ Ｍａｔｔｓｓｏｎ）から公知である。一般的なデザインは開示されているが、脊髄損傷のレベル、大きさおよび形状に合わせて選択された装置についての教示はない。

しかし、白質中の脊髄路のルートを灰白質へと接続する基本原理の初期開示からかなりの時間が経過しているにもかかわらず、臨床に応用できる方法への翻訳（translation）は為されていない。さらに、市場で入手可能な製品はない。脊髄は中枢神経系の極めて重要な部分であり、その部分に完全な損傷を有する患者は、患者の生活の質に壊滅的な影響を伴って、損傷の部位から下の機能の永続な喪失、ならびに患者への援助を経済的に賄うための長期的な費用に直面する。多くの場合、患者は深刻な事故に巻き込まれたかなり若い人であり、機能改善の見込みなしに残りの人生を過ごさねばならない。

米国特許第６，２３５，０４１号明細書 米国特許第７，１６３，５４５号明細書 国際公開第２００７／１１１５６２号パンフレット

Cheng et al、Science、1996、273:510 Fraidakis et al、Experimental Neurology 188、2004、33-42

したがって、脊髄損傷（ＳＣＩ）の治療のための、より詳細には、損傷した脊髄を架橋し、軸索再生を促進するための改善された装置、キットおよび方法を提供することが本発明の１つの目的である。

最初の実施形態では、本発明は、損傷した脊髄を架橋し、軸索再生を促進するための脊髄装置を対象とし、前記脊髄装置は、生体適合性で生分解性のマトリックスで形成される本体を含む。本体は、損傷した脊髄部分の除去後に損傷脊髄の２つの末端に接続するための近位頭側表面（proximal, cranial surface）および遠位尾側表面（distal, caudal surface）を含み、２つの脊髄端の頭側白質から尾側灰白質への下行運動路（descending motor pathways）と尾側白質から頭側灰白質への上行知覚路（ascending sensory pathways）との連絡のために頭側表面と尾側表面とに開口部を備えた貫通チャネルを有する。脊髄装置は、横直径（Ｄ_ｔ）、前後径（Ｄ_ａ）および長さ（Ｌ）を有し、Ｄ_ｔは９から１３ｍｍの範囲内であり、前後径／横直径の比率（ＲＡＰＴ）は０．５から１．０の範囲内であり、チャネルの位置および寸法、ＲＡＰＴ値、ならびに装置の頭側表面の面積および／または尾側表面の面積は、脊髄路間の最適な連絡のために損傷した脊髄の形状、レベル、白質および灰白質の寸法、ならびに大きさに合わせて選択される。

別の実施形態では、本発明は、損傷した脊髄を架橋し、軸索再生を促進するための複数の装置を含む脊髄装置キットを対象とし、各々の装置は、損傷した脊髄部分の除去後に損傷脊髄の２つの末端に接続するための近位頭側表面および遠位尾側表面を有する生体適合性で生分解性のマトリックスで形成された本体を含み、本体は、２つの脊髄端の頭側白質から尾側灰白質への下行運動路と尾側白質から頭側灰白質への上行知覚路との連絡のために頭側表面と尾側表面とに開口部を備えた貫通チャネルを有する。キットの各々の装置は、横直径（Ｄ_ｔ）、前後径（Ｄ_ａ）および長さ（Ｌ）を有し、キット中のそれぞれの装置のそれぞれのＤ_ｔは主として９から１３ｍｍの範囲内に均一に分布し、キット中のそれぞれの装置のそれぞれの前後径／横直径比（ＲＡＰＴ）は０．５から１．０の範囲内であり、チャネルの位置および寸法、特定のＲＡＰＴ値、ならびに各々の装置の頭側表面の面積および／または尾側表面の面積は、脊髄路間の最適な連絡のために損傷した脊髄の形状、レベル、白質および灰白質の寸法、ならびに大きさに合わせて選択される。

さらなる実施形態では、本発明は、患者の損傷した脊髄を修復するまたは少なくとも実質的に修復するための方法であって、ｉ）健康な脊髄組織に達するために必要に応じて神経端の切除後に、脊髄の損傷部分の断面積および前後径（Ｄ_ａ）／横直径（Ｄ_ｔ）比（ＲＡＰＴ）を決定する段階、ｉｉ）ｉ）で決定した前後径／横直径比（ＲＡＰＴ）および脊髄路間の最適な連絡のために前記損傷部分の寸法に適合するように脊髄断面積よりもわずかに大きな面積を有する、本発明による脊髄装置を選択する段階、ｉｉｉ）場合により装置を、１つ以上の医薬的に活性な物質を含有する溶液に浸漬する段階、ｉｖ）末梢自家神経を貫通チャネル内に位置付ける段階、ならびにｖ）損傷した脊髄または神経の間隙を架橋するために装置を移植する段階を含む方法を対象とする。

装置、キットおよび方法は、脊髄損傷の治療における改善を提供する。様々な実施形態およびこれらや付加的な利点を以下の詳細な説明においてより詳しく述べる。

以下の詳細な説明は、図面を考慮してよりよく理解される。

図面は、詳細な説明においてさらに詳しく論じており、述べられているように本発明を限定するものではない。

図１は脊髄の断面図を示し、「Ｈ」形は灰白質を表し、白質に取り囲まれている。 図２は、神経組織の挿入のための少なくとも２つの異なる２つの直径の開放チャネルを有する脊髄装置の末端表面の断面図を示す。 図３は、脊髄の断面に重ね合わせた、神経組織の挿入のための３つの直径の開放チャネルを有する脊髄装置の末端表面の断面図を示す。チャネルＡおよびＢは、下行運動路のチャネル断面積を表す。チャネルＣ、Ｄ、ＥおよびＦは上行知覚路の断面積を表す。装置の直径は、装置を適合させることを目指す脊髄の直径より約１ｍｍ大きい。 図４は、本発明による装置の１つの特定の実施形態の断面図を示す。 図５は、装置の頭側端表面（１１）と尾側端表面（１２）との間の装置本体を通るチャネルの透視図を示す。 図６は、実施例２で述べるように処置した動物の後脚における両側性ＭＥＰのＦＧＦ１依存性回復を例示する。

本発明の装置、キットおよび方法は、必要に応じて脊髄端を切除した後、損傷した部位の脊髄のニューロンのレベルおよび寸法、おおよそ楕円形の断面、ならびに間隙の長さに適合する装置を提供することにより、永続的に損傷した脊髄の修復のための技術をさらに改善する。脊髄の縦断面に沿って、白質組織の量は頭側端から尾側端へと順次減少し、様々な程度の楕円形状と結び付くが、これは、装置のチャネル系がそれに応じて適合されることを必要とする。理論に拘束されることを望むものではないが、発明者らは、脊髄損傷を治療するために使用できる有望な製品が欠如していることの１つの理由が、これらの様々なパラメータを考慮に入れ、および脊髄の複雑な機能解剖学的構造の最適化された再生のためのツールを提供する使用可能な装置が存在しなかったという事実にあると考える。精密さと安全性が、最適化されるべき重要な因子である。

本発明の様々な実施形態を以下で論じ、脊髄の胸部、すなわちＴ２〜Ｔ１２レベルから例示する。

種々のレベルにおけるヒト脊髄の断面は楕円形状に近く、広い方の直径を横直径Ｄ_ｔと称し、狭い方を前後径、Ｄ_ａと称する（図１参照）。図１に示すように、脊髄の断面は「Ｈ」形の灰白質を含み、白質に取り囲まれている。

再生の方法は、効率的な再生のために装置との両方の接触面において健康で機能性の脊髄組織を必要とするという証拠が存在する。言い換えると、再生のための基質が損傷帯の瘢痕組織と接触した場合は、再生が起こらない。現時点で脊髄損傷の程度を決定するための最終的な判断基準は磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）である。残念ながら、ＭＲＩはその脊髄組織の機能を直接測定することはできない。脊髄の機能評価は神経生理学を用いて行うことができるが、この技術のこれまでの使用は、ＳＣＩ患者における機能の頭側境界の評価に限定されていた。脊髄の間隙を架橋することを目指す再生方法では、ＳＣＩの尾側境界の術前測定が必須であり、というのは、これは健康な組織に達するのに必要な予想再生距離を計算することを可能にするからである。この問題を克服するために、ＳＣＩ患者において病変の機能的および解剖学的程度の両方を決定するための、ＭＲＩと神経生理学を組み合わせる最近開発された非侵襲的プロトコルが記述されている（Ｆｒｏｓｔｅｌｌ ｅｔ ａｌ，Ｓｐｉｎａｌ Ｃｏｒｄ，（２０１２）５０：３１５−３１９）。

簡単に述べると、病変（損傷）より上、病変の部位および病変より下の脊髄分節によって神経支配される筋から筋電図を取得する。すべての筋を、自発的活性化ならびに身体の麻痺部分における患者の痙性の活性化の間に検査する。これは、運動単位電位（ＭＵＰ）の３つの異なるパターンを生じる。すなわち、病変より上では、自発的活動の間は正常なＭＵＰが認められ、痙性の活動の間はＭＵＰが認められない。神経学的喪失のレベルでは、ＭＵＰは見られず、陽性鋭波および線維自発電位によって示される慢性脱神経の証拠が認められる。損傷レベルより下の様々な数の分節では、正常なＭＵＰが再び現れるが、自発的活動の間ではなく、その代わりに、もはや脳と連絡していない身体部分の痙性活動の間に出現する。脱神経を示す分節の数は、ＭＲＩでの脊髄の不連続性と強く相関した。前述したアプローチを術前に用いることにより、ＳＣＩ間隙の正確な程度を機能的および解剖学的に決定することができる。

本発明を、以下で、損傷した脊髄の２つの末端間の全間隙をカバーする装置によって説明するが、本発明の付加的な実施形態によれば、装置は、脊髄の損傷部分だけを置換するように設計することができる。脊髄の長さに対して垂直に切断するのではなく、脊髄を異なる平面で切断して、欠けている部分を置き換えるように装置を設計する。

前後径と横直径の比率、Ｄ_ａ／Ｄ_ｔをＲＡＰＴと称する。発明者らは今や、約９〜１３ｍｍの範囲内の横直径Ｄ_ｔと、ＲＡＰＴが０．５〜１．０の範囲内、より詳細には０．６〜０．９の範囲内である組合せを有する装置が、集団の脊髄寸法を考慮して、胸部損傷に関する状況の大部分における必要性を満たすことを見出した。特定の実施形態では、前後径Ｄ_ａは約６〜１０ｍｍの範囲内である。装置は、大きく３つの群：ｉ）１．００に近い、すなわち０．８〜１．０のＲＡＰＴ値を有する円形、ｉｉ）約０．７０〜０．８０のＲＡＰＴ値を有する標準型、および約０．５０〜０．７０のＲＡＰＴ値を有する扁平型に分けることができる。長さはかなり多様であり得るが、１５〜４０ｍｍの範囲内のそれぞれの長さを有する一連の装置は、多くの状況においてこの基本的な必要性を満たす。しかし、脊髄装置を鋳造するための設備は、必要に応じて、あまり一般的でない、患者の特定の装置長に容易に調整することができる。したがって、本発明による装置は、脊髄損傷の大部分の外科的治療において使用することができる。特に、上記で定義した寸法範囲内に実質的に均一に分布する、本発明による一連のあらかじめ形成された装置を含むキットは、外科的治療のための非常に重要なツールを提供する。本発明による装置キットを備える病院または同様の施設は、この種の外科的治療の候補と同定された脊髄損傷を有する患者の治療のために万全の準備が整っている。特に胸部レベルの、完全な外傷性脊髄損傷が、脊髄の２つの全面的に切除された末端間の間隙を置き換えるために設計された装置の使用についての主要な判定基準であるとしても、適宜に表面領域の部分だけの置換のための代替的な装置を生産することができる。

いくつかの生体適合性および／または生分解性材料が、脊髄装置の製造のための使用を含む、身体の様々な部分における移植片としての使用のために先行技術文献において提案されており、本発明の装置における使用に適する。このような材料の例として、少し挙げるだけでも、フィブリン糊（fibrin glue）、ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＡ）ポリマー、ポリ（ラクチド−コ−グリコリド酸）（ＰＬＧＡ）ポリマー、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）ポリマー、ポリカプロラクトンおよび硫酸カルシウムがある。材料の重要な機能は、神経チャネルの操作のために十分に安定なマトリックスを提供することおよび手術のためにその部位に投与される様々な種類の薬剤、特に増殖因子の所望の徐放性を提供することである。そのため、生分解がおおよそ持続的な過程であるとしても、マトリックスは、患者による運動に起因する機械的力に抗する十分に堅固な結合のために、経時的に神経端が共に成長するのに十分なままでなければならない。徐放性に関して、マトリックスは、投与される物質の吸着／吸収のために十分な表面を提供するように、好ましくは多孔性である。

現在、本発明による脊髄装置の生産のための材料の第一選択はα−硫酸カルシウム半水和物であり、この物質は臨床使用の長い歴史を有し、有意の炎症反応を伴わずに、分解産物の迅速で完全な吸収により良好に耐容される（tolerated）ことが証明されている。さらに、これは、ＦＧＦ、抗生物質および低分子薬剤のための賦形剤として使用されており、すなわち脊髄装置移植に関しても使用することができる種類の物質である。本発明を、以下で、α−硫酸カルシウム半水和物を装置の製造のために使用する１つの実施形態によって例示するが、言うまでもなく、当業者に公知の他の材料もその代わりに使用することができる。

本発明の１つの態様による装置は、おおよそ楕円形の断面と上記で論じた様々なＲＡＰＴ値によって示される末端表面を有する「円柱状」の本体を特徴とする。装置は、生体適合性で生分解性の材料で作られ、送達されたとき、開放状態であるか、または場合により手術のための最終的な準備に伴って開くことができる神経誘導チャネルを有する。本発明による装置のキットは、上記で定義した範囲内に実質的に均一に分布する寸法を有する装置のセットを含む。このようなキットにより、病院は、この種の治療の候補の大部分を取り扱うために十分な設備が整ったことになる。本発明のさらなる実施形態によれば、より狭い範囲の寸法をカバーするキットを提供することができる。１つの実施形態では、このような限られたキットは、最初の術前の寸法決定後に選択されるが、最終的な選択は移植の直前、すなわち脊髄の最終的な間隙が創造され、より正確な寸法がその場で測定できる、手術の間に行われる。初期術前測定に基づき、患者の特定のキットを選択し、移植の直前の装置の選択、適切な溶液への浸漬およびチャネルへの神経組織の導入を含む最終的な移植手順に備えることができる。

脊髄の一部だけが損傷し、切除された状況では、装置は、「円柱状」末端表面の一部分（分画）だけである間隙をカバーするように設計されるが、これらの部分（分画）でさえも２つの末端表面で異なり得る。

本発明による装置の製作のための１つの実施形態によれば、「円柱状」のスチール製鋳型を使用する。鋳型は、好ましくは、生産される装置の長さに対応する距離ｈによって隔てられた２つの楕円末端プレートを有する。装置中に神経誘導チャネルを創造するために、２つの楕円末端プレートの間の内部に渡るいくつかの貫通構造を鋳造の間に使用する。貫通構造を取り除いたとき、チャネルが創造される。各チャネルの末端は、白質と灰白質との間の最適接触のために各末端表面の特定の部位に位置付けられる。チャネルは、その長さ全体にわたって、すなわち２つの末端表面の間にわたって同じ断面を有し得るが、２つの末端で灰白質および白質神経組織をできるだけ有効に接続するために漏斗形を有することもできる。本発明の１つの実施形態では、白質に接続される断面積は灰白質に接続される断面積よりも大きい。

このような貫通構造の例は、糸、例えば縫合糸、または脊髄中の白質および灰白質の形状（topography）によって規定される鋳型末端表面の特定の位置の間に固定されるチューブ類である。

装置を製造するための特定の実施形態では、円柱状のスチール製鋳型を、切除した脊髄の神経解剖学的形状（shape）に適合する所望の楕円寸法の末端プレートと共に鋳型固定具に取り付ける。ポリマー〔例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）〕チューブ類または糸を上端プレートと下端プレートの間に挿入し、これにより鋳型の内部に渡して（span）、その後の神経移植片の位置付けのためのチャネルを形成する。α−硫酸カルシウム半水和物粉末（または他の生体適合性・生分解性材料）を注入用蒸留水と適切な割合で、例えば１：０．３０（ｗ／ｖ）の割合で混合し、鋳型に注入する。硬化の間、鋳型を振動させて硫酸カルシウムペーストから気泡を除去する。室温で約１時間の硬化後、装置を鋳型から取り出す。鋳造は、ｘ線回折分析によって測定されるように硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ_４×２Ｈ_２Ｏ）から成る脊髄装置を生成する。糸またはチューブ類をある段階で取り除き、末梢神経移植片を位置付けるためのチャネルを形成する。これは、製造段階でまたは移植の直前に行い得る。異なる寸法のチューブ類を使用することにより、末梢神経の位置付けのためのチャネルを、移植および神経成長後に、様々な寸法の脊髄路の間のおよび異なる脊椎レベルでの最適な連絡に適合させることができる。あらかじめ形成された装置は、手術のための最終的な準備における１つの段階として、開いたチャネルまたは貫通構造（糸またはチューブ類）を取り除くことによって、例えば装置から構造を引き出すことによって開かれるチャネルを手術チームに提供することができる。特定の実施形態では、開放チャネルを有する装置が送達され、開放チャネルの各々は、後ほど末梢神経をチャネル内に引き入れるために使用できる細い糸を含む。装置は、貫通構造を取り除くときにこのような糸を容易に装備する。末梢神経をチャネルに挿入するための他の方法、例えば吸引による方法も使用可能である。

増殖因子、例えばＦＧＦ１は、神経再生および神経治癒において重要な役割を果たすことが公知であり、１つ以上の増殖因子ならびに他の医薬的に活性な成分を、場合により本発明による脊髄装置の移植の部位に投与する。このような投与は多くの異なる方法で、例えば装置に吸着または吸収させた成分を提供することによって実施できる。特に、多孔性または少なくとも部分的に多孔性の装置を用いると、成分を結合するのに十分な面積が利用可能である。本発明の１つの実施形態によれば、移植前の装置を成分または成分のカクテルを含有する水溶液、例えば１０〜５０ｍｌと、例えば装置を溶液に所与の時間浸漬することによって接触させる。

このような標準溶液は、以下の物質の群：ＦＧＦ１、脳由来神経栄養因子（ＢＤＮＦ）、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）、神経栄養因子（ＮＧＦ）、毛様体神経栄養因子（ＣＮＴＦ）、コンドロイチナーゼＡＢＣ、再生を増大させるカルシウム流入拮抗剤、例えばニモジピン、ペプチダーゼ、Ｓ−ｍＲＮＡ、自家活性化マクロファージ、ドナーからのマクロファージ、嗅神経鞘細胞、自家幹細胞、オリゴデンドロサイト前駆体、シュヴァン細胞、コルチゾン、血管新生阻害剤、エリトロポエチン、Ｒｈｏの不活性化因子（例えばセスリン）、広域抗生物質（例えばミノサイクリン）、リルゾールおよびＮＭＤＡ受容体の生理的アンタゴニスト、例えばマグネシウム、から選択される１つ以上の成分を含有し得る。いくつかの付加的な成分、例えばあらかじめ変性した末梢神経移植片、ＥＧＦ、ＮＴ−３、ＰＤＧＦ、ＩＧＦ１、インスリン、ｂＦＧＦ、ＨＧＦ、カルパイン阻害剤、造血阻害剤、誘導多能性幹細胞、神経幹細胞、胚性幹細胞、間葉系幹細胞、抗Ｎｏｇｏ、Ｒｈｏアンタゴニスト、ＰＥＧおよび／またはＥＰＯも重要であり得る。

装置に有効量のＦＧＦ１を充填するために、例えば、約０．００５〜５０μｇ／ｍｌのＦＧＦ１を含有する溶液に装置を約０．５〜５時間浸漬する。一例では、溶液の濃度は０．５μｇ／ｍｌであり、装置を３０ｍｌの溶液に１時間浸漬する。付加的な実施形態では、ＦＧＦ１のさらに良好な作用のために、ＦＧＦ１を、ＦＧＦ１に結合してＦＧＦ１を活性化するヘパリンと、例えば約１：１００のモル比で混合する。装置によって送達されるべきヘパリン活性化ＦＧＦ１の適切な用量は、０．０１〜１００ｎｇ／ｍｇ装置、より詳細には０．１〜１０ｎｇ／ｍｇ装置、またはより詳細には０．５〜５ｎｇ／ｍｇ装置の範囲内、特に約１ｎｇ／ｍｇ装置である。移植後、装置は数週間にわたって活性成分を送達し、主たる量は数日間にわたって送達される。

移植の前に、末梢神経を装置の開いたチャネルに位置付ける。これは、神経をチャネルの各々に引き入れることによって実施できる。神経は自家末梢神経（患者から採取した）であり得るが、神経細胞、好ましくは患者から採取した神経細胞の培養によって生成される人工神経組織であってもよい。医薬的に活性な成分の標準溶液または特定の患者のために設計されたカクテルを装置に充填した後、神経組織を各々のチャネルに適用し、装置は移植の準備が整った状態となる。

脊髄の２つの末端の間の間隙を越える頭側（近位）白質から尾側（遠位）灰白質までの下行運動路および尾側（遠位）白質から頭側（近位）灰白質への上行知覚路を創造するために、装置はいくつかの貫通チャネルを備える。二方向の経路の適切な組合せを得るために、チャネルの少なくとも一部は非線形であってもよい。１つの実施形態では、装置は、第一直径を有する第一セットのチャネルおよび第二直径を有する第二セットのチャネルを有し、図２のチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦによって示されるように、第一直径は第二直径よりも大きい。１つの実施形態では、チャネルＡは、２．０〜２．９ｍｍの範囲内の第一直径を有し、チャネルＢ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦの１つ以上は、１．１〜１．６ｍｍの範囲内の第二直径を有する。１つの実施形態では、第一直径の各々のチャネルは、約３〜７ｍｍ^２の断面積を有し、第二直径の各々のチャネルは、０．８〜２．０ｍｍ^２の断面積を有する。

さらなる実施形態では、本発明による脊髄装置は、図２に示すように位置付けられたチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含むか、または図３および５に示すように位置付けられたチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含む。さらなる実施形態では、本発明による脊髄装置は、図３および５に示すように位置付けられ、相対的な大きさを与えられたチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含む。図３に示すような特定の実施形態では、装置は、第一セットのチャネル（Ａ）および第二セットのチャネル（Ｅ）より短い直径を有する第三セットのチャネル（Ｂ、Ｃ、ＤおよびＦ）を含む。より詳細な実施形態では、チャネルＡは２．０〜２．９ｍｍの範囲内の第一直径を有し、チャネルＥは１．１〜１．６ｍｍの範囲内の第二直径を有し、ならびにチャネルＢ、Ｃ、ＤおよびＦは０．５〜０．９ｍｍの第三直径を有する。さらなる実施形態では、第一直径のチャネルＡは約３〜７ｍｍ^２の断面積を有し、第二直径のチャネルＥは０．８〜２．０ｍｍ^２の断面積を有し、ならびに第三直径のチャネルＢ、Ｃ、ＤおよびＦは０．２〜０．７ｍｍ^２の断面積を有する。より詳細な実施形態を図４に示す。さらなる実施形態では１つ以上の付加的なセットのチャネルを導入し得る。すべての図において、対称な平面の左側のチャネルにのみマークを付しているが、与えられている指定は右側の対応するチャネルにも該当する。

装置の末端表面の各々における貫通チャネルの位置および直径は、脊髄の間隙を越える重要な縦方向路の誘導に最良の条件を得るために重要である。発明者らは、本発明の１つの実施形態に従って、これらの条件が約１２のチャネルによって得られることを見出し、さらなる実施形態では、チャネルを図２に示すようにまたは図３に示すように位置付ける。

脊髄路チャネルではできるだけ多くの面積を使用することが望ましいが、同時に、各チャネルの壁は、製造および移植前の操作の間に破砕しないように十分な厚さである必要がある。これに関する必要条件は、使用する材料および製造方法によって異なり得る。発明者らは、好ましい壁厚が、特に本発明を説明する実施形態において使用されるα−硫酸カルシウム半水和物に関して、約０．３ｍｍまたはそれより幾分上であることを見出した。チャネルＡは２．０〜２．９ｍｍの範囲内の直径を有し、チャネルＢ、Ｃ、ＤおよびＦは０．６〜０．９ｍｍの範囲内の直径を有し、ならびにチャネルＥは１．１〜１．６ｍｍの範囲内の直径を有する。チャネルの各々の表面における位置を、本発明の特定の実施形態による図２および３に示す。

好ましくは、頭（近位）側の白質から尾（遠位）側の灰白質までの下行運動路を創造するチャネルは、近位側の白質、「運動チャネル入口」に実質的に１００％の接続を有する。尾（遠位）運動出口側では、灰白質に接続するチャネル表面のパーセンテージは５０％以上、例えば５０〜６０％の間、または好ましくは５０〜７０％の間である。上記で論じた漏斗形のチャネルを使用する１つの実施形態によれば、さらに高いパーセンテージ、例えば６０％、７０％、８０％または９０％以上が達成できる。

尾（遠位）側の白質から頭（近位）側の灰白質までの上行知覚路を創造するチャネルは、好ましくは遠位側の白質に実質的に１００％の接続を有する。チャネル開口部の少なくとも６０％、例えば６０〜８０％の間は、近位側の灰白質に接続する。このパーセンテージは、チャネル寸法に適切な変更を加えた実施形態、特に漏斗形チャネルでは増大し得る。

白質の機能路を使用することにより、チャネル系の本発明のデザインを用いて、運動下行チャネルに接続する頭（近位）側の白質の総面積が低い場合でも良好な機能を得ることが可能であることが認められた。カバーされる白質のこのパーセンテージは、１０％以上、特に１５％以上であり、例えば本発明の１つの実施形態では１５〜３０％の間をカバーする。

尾（遠位）側の上行知覚路白質に接続するチャネル面積の対応するパーセンテージは、少なくとも５％、好ましくは１０％以上、例えば本発明の１つの実施形態では１０〜２０％の間である。

本発明の１つの実施形態によれば、所望の数の選択的寸法をカバーする多数の装置を含むキットが提供される。このようなキットの一例は、異なる末端表面寸法および形状、すなわちデザインを有する約１０の装置を含み、胸部例における主要な数の断面選択肢をカバーする。付加的な実施形態では、これらの末端表面形状またはデザインの各々について、異なる長さを有する装置を生産する。１つの実施形態では、同じＤ_ｔ、Ｄ_ａ、ＲＡＰＴおよびチャネル直径寸法ならびに異なる長さＬを有する少なくとも２つの装置が提供される。別の実施形態では、各々の形状またはデザインについて、異なる長さＬを有する少なくとも２つの装置が提供される。別の実施形態では、６の異なる長さの装置が各表面形状またはデザインについて提供され、これにより１０の異なる末端表面デザインを有するこのようなキットの一例は６０の装置を含む。再び、これは本発明による装置キットの一例に過ぎないことが強調されるべきである。

胸部損傷状況での移植のための準備において選択される装置についての病院の基本的要求を満たす、本発明による装置を含むキットの断面積およびチャネル直径の一例を以下に示す。これらの装置デザインの各々は、様々な長さで、例えば１５〜４０ｍｍの間で提供される。範囲内に均一に分布する、各々について６つの長さで、典型的なキットは合計約６０の装置を含む（直径はｍｍで示す）。

この例では、キットは、異なる面積寸法および形状、すなわちデザインを有する１０の装置を含む。しかし、キット中の装置の数は、言うまでもなく、異なる形状を有する間隙をカバーする目的に応じて異なり得る。

脊髄移植の候補である脊髄損傷の前後径および横直径のおおまかな見積もりを与える、ＭＲＩ結果に基づく診断後、必要に応じて脊髄端を切除する。表面寸法、すなわちＤ_ｔおよびＤ_ａ、ならびに２つの脊髄端の間の間隙の長さＬを決定する。これは多くの異なる方法で行うことができ、広範囲の寸法（Ｄ_ｔ、Ｄ_ａおよびＬ）を有する一連のダミーを、好ましくはこの決定のためにその部位で使用する。同じ形状を有するが、直径が約１ｍｍ大きい装置を選択する。

装置を、手術の部位に投与する１つ以上の医薬的に活性な成分、例えばヘパリン活性化ＦＧＦ１を含有する溶液と接触させる。次の段階では、神経組織を装置中のすべてのチャネルに導入し、その後装置を移植する。

［実施例１］
この実施例は、ラットにおける脊髄損傷の治療のためのヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１を有する生分解性硫酸カルシウム装置を評価する。

図５に示すものと類似の形状を有する１２のチャネルを備えたα−硫酸カルシウム半水和物から製作されたＳＣＩ装置にヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１を充填した。試験動物であるＳＤ（Sprague Dawley）ラットを５つの試験群に割り当てた。試験群とは無関係に全動物に椎弓切除術を実施した。対照群の脊髄は、切断するか（群１、陰性対照）または無傷のまま残した（群２、陽性対照）。群３〜５のラットの脊髄を切断し、除去した脊髄組織を、神経移植片を含む装置に置き換えた。試験群４に使用したＳＣＩ装置は、５００μｇ／ｍｌのヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１（ｒｈＦＧＦ１：ヘパリン、１：１、ｗ／ｗ）に浸漬した。試験群５については、ＳＣＩ装置を５０μｇ／ｍｌのヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１に浸漬した。自家融解のために、数匹の動物を２０週間の試験の終了前に犠死させなければならなった。２０週目までに犠死させた動物は、群間で均一に存在した。

犠死の前に、ラットの後脚において運動誘発電位（ＭＥＰ）を測定した。ラットの運動機能を、試験の生存期間中、週に１回評価した。５００または５０μｇ／ｍｌのヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１に浸漬したＳＣＩ装置で処置したすべての動物（群４および５）は、手術後２０週で（１７〜２３週の範囲）両方の後脚において陽性ＭＥＰスコアを示した。脊髄切除だけを受けた動物は、いかなる両側性陽性ＭＥＰシグナルも示さなかった。シグナルが再生した軸索によって媒介されたことを検証するため、脊髄を再び損傷し、２回目の測定を実施した。再損傷した動物のいずれもが陽性ＭＥＰを示さなかった。

［実施例２］
この実施例は、ラットにおける脊髄損傷の治療のために生分解性硫酸カルシウムの装置中で投与したヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１の用量所見を評価する。

実施例１と同じ型の装置を使用した。各々の装置をヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１（ＦＧＦ１：ヘパリン、１：１００のモル比）溶液に室温で１時間浸漬した。防腐剤を含まないヘパリン溶液（１００００ＩＥ／ｍｌ Ｈ_２Ｏ、Ｌｅｏ Ｐｈａｒｍａ Ｄｅｎｍａｒｋ）を使用した。装置を、４５、０．９、０．０１および０ｎｇ／ｍｇ装置の用量（溶液の取込みおよび吸着に基づく）に対応する５０μｇ／ｍｌ、０．５μｇ／ｍｌ、０．００５μｇ／ｍｌおよび０μｇ／ｍｌ濃度のヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１に浸漬した。

処置した動物の後脚における両側性ＭＥＰのＦＧＦ１依存的回復を図６に示す。すべての動物が術後１週間目に後脚において検出可能なＭＥＰを示さず、２週間後に既に陽性ＭＥＰを記録した。結果は、ラットの完全なＳＣＩの治療において開示した装置中のヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１の有効用量が少なくとも０．５μｇ／ｍｌのヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１溶液（０．９ｎｇのヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１／ｍｇ装置を生じる）で達成されることを示す。

［実施例３］
ブタにおける末梢神経移植片とヘパリン活性化ｒｈＦＧＦ１を充填したＳＣＩ装置の移植−手術技法の開発および限定安全性試験

高さ１５ｍｍで、９．０〜６．９ｍｍの楕円形断面を有し、神経移植片の位置付けのための１２のチャネルを含む、図５に示すような臨床ＳＣＩ装置をα−硫酸カルシウム半水和物から作製し、その後滅菌する。

各々の装置を、ｐＨ７で５μｇ／ｍｌのｒｈＦＧＦ１、８０μｇ／ｍｌのゲンタマイシン、１０ｍＭのＮａＰＯ_４、１５０ｍＭのＮａＣｌ、０．３ｍＭのＥＤＴＡから成る浸漬溶液３０ｍｌ中に１時間入れ、溶液を装置に吸着させる。ヘパリン濃度は４３０μｇ／ｍｌであり、ｒｈＦＧＦ１：ヘパリンの比率は１：１００（モル）である。

動物は、雌性ランドレース（Landrace）ブタである。１０日間の順化後、ブタをフェンタニル、ミダゾラムおよびプロポフォールの組合せで麻酔し、手術の準備をする。手術手技の間、フェンタニル０．００４ｍｇ／ｋｇ／時、ミダゾラム０．５ｍｇ／ｋｇ／時およびプロポフォール３ｍｇ／ｋｇ／時で静脈内麻酔を維持する。手術のための準備は、抗生物質処置と組み合わせた、手術に供する部位の消毒を含む。

頸部の大きな血管の上方で切開を行い、血管鞘を探索する。必要に応じて輸液の注入および集中治療薬剤の投与のために中心静脈カテーテルを頸静脈に挿入し、保持する。

ブタをバックアップと共に置く。胸部脊髄の上方で切開を行い、椎弓切除術を実施する。硬膜を切開し、脊髄を露出させる。下部胸部脊髄のＳＣＩ装置を適合させるのに十分な大きさの分節を切除する。

下部後脚においてＳＣＩ装置に適した神経を露出させ、切除した後、切開を行う。ｒｈＦＧＦ１溶液に１時間浸漬しておいたＳＣＩ装置への挿入のために神経を適切な寸法に切り取る。その後、末梢神経を装置中の１２のチャネルを通して引き入れる。神経終末を装置表面で切り取り、装置を、装置上のインジケータが背側および頭側になるように脊髄の間隙に挿入する。その後、ＳＣＩ装置を脊髄断端に取り付ける。硬膜ならびに筋層および皮膚を閉じる。

観察が可能な５日以内に、装置は部分的に脊髄に接着する。

本明細書で述べる特定の実施形態および実施例は本来説明であり、本発明の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものではない。開示した装置、キットおよび方法の様々な態様が本明細書の読了後に当業者に生じ得るが、本発明はこのような変更を包含し、特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (15)

1. 損傷した脊髄を架橋し、軸索再生を促進するための脊髄装置であって、該脊髄装置は、生体適合性で生分解性のマトリックスで形成される本体を含み、該本体は、損傷した脊髄部分の除去後に損傷した脊髄の２つの末端に接続するための近位頭側表面および遠位尾側表面を含み、該本体は、２つの脊髄端の頭側白質から尾側灰白質への下行運動路と尾側白質から頭側灰白質への上行知覚路との連絡のために頭側表面と尾側表面とに開口部を備えた貫通チャネルを有し、該脊髄装置は、横直径（Ｄ_ｔ）、前後径（Ｄ_ａ）および長さ（Ｌ）を有し、Ｄ_ｔは９から１３ｍｍの範囲内であり、前後径／横直径の比率（ＲＡＰＴ）は０．５から１．０の範囲内であり、チャネルの位置および寸法、ＲＡＰＴ値、ならびに装置の頭側表面の面積および／または尾側表面の面積は、脊髄路間の最適な連絡のために損傷した脊髄の形状、レベル、白質および灰白質の寸法、ならびに大きさに合わせて選択される、脊髄装置。
2. 図２に示すように位置付けられたチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含む、請求項１に記載の脊髄装置。
3. チャネルＡが２．０〜２．９ｍｍの範囲内の第一直径を有し、ならびにチャネルＢ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦの１つ以上が１．１〜１．６ｍｍの範囲内の第二直径を有する、請求項２に記載の脊髄装置。
4. 図３および５に示すように位置付けられたチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含む、請求項１に記載の脊髄装置。
5. 図３および５に示すように位置付けられ、相対的な大きさを与えられたチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含む、請求項１に記載の脊髄装置。
6. チャネルＡが２．０〜２．９ｍｍの範囲内の第一直径を有し、チャネルＥが１．１〜１．６ｍｍの範囲内の第二直径を有し、ならびにチャネルＢ、Ｃ、ＤおよびＦが０．５〜０．９ｍｍの範囲内の第三直径を有する、請求項５に記載の脊髄装置。
7. 損傷した脊髄を架橋し、軸索再生を促進するための複数の装置を含む脊髄装置キットであって、各々の装置が生体適合性で生分解性のマトリックスで形成される本体を含み、該本体が、損傷した脊髄部分の除去後に損傷した脊髄の２つの末端に接続するための近位頭側表面および遠位尾側表面を含み、該本体が、２つの脊髄端の頭側白質から尾側灰白質への下行運動路と尾側白質から頭側灰白質への上行知覚路との連絡のために頭側表面と尾側表面とに開口部を備えた貫通チャネルを有し、キットの各々の装置が、横直径（Ｄ_ｔ）、前後径（Ｄ_ａ）および長さ（Ｌ）を有し、キット中のそれぞれの装置のそれぞれのＤ_ｔが主として９から１３ｍｍの範囲内に均一に分布し、キット中のそれぞれの装置のそれぞれの前後径／横直径比（ＲＡＰＴ）が０．５から１．０の範囲内であり、ならびに該チャネルの位置および寸法、特定のＲＡＰＴ値ならびに各々の装置の頭側表面の面積および／または尾側表面の面積が、脊髄路間の最適な連絡のために損傷した脊髄の形状、レベル、白質および灰白質の寸法、ならびに大きさに合わせて選択される、脊髄装置キット。
8. 各々の装置が、図３および５に示すように位置付けられたチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含む、請求項７に記載の脊髄装置キット。
9. 少なくとも１０の脊髄装置を含み、各々がチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを備える断面を有し、該１０の脊髄装置が、それぞれ以下の寸法デザイン：
   

   

   を有する、請求項７に記載の脊髄装置キット。
10. 同じＤ_ｔ、Ｄ_ａ、ＲＡＰＴおよびチャネル直径寸法ならびに異なる長さＬを有する少なくとも２つの装置が提供される、請求項９に記載の脊髄装置キット。
11. 各々のデザイン１〜１０について、異なる長さＬを有する少なくとも２つの装置が提供される、請求項１０に記載の脊髄装置キット。
12. 各々のデザイン１〜１０について、異なる長さＬを有する少なくとも６つの装置が提供される、請求項１０に記載の脊髄装置キット。
13. 各々の装置が、図３および５に示すように位置付けられたチャネルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含む、請求項９に記載の脊髄装置キット。
14. 患者の損傷した脊髄を修復するまたは少なくとも実質的に修復するための方法であって、
    ｉ）健康な脊髄組織に達するために必要に応じて神経端の切除後に、脊髄の損傷部分の断面積および前後径（Ｄ_ａ）／横直径（Ｄ_ｔ）比（ＲＡＰＴ）を決定する段階、
    ｉｉ）ｉ）で決定した該前後径／横直径比（ＲＡＰＴ）および脊髄路間の最適な連絡のために該損傷部分の寸法に適合するように脊髄断面積よりもわずかに大きな面積を有する請求項１に記載の脊髄装置を選択する段階、
    ｉｉｉ）場合により該装置を、１つ以上の医薬的に活性な物質を含有する溶液に浸漬する段階、
    ｉｖ）末梢自家神経を該貫通チャネル内に位置付ける段階、ならびに
    ｖ）該損傷脊髄の間隙を架橋するために該装置を移植する段階
    を含む方法。
15. 該装置を、移植の前にＦＧＦ１を含有する溶液に浸漬する、請求項１４に記載の方法。

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