JP2019526337A - 繊維強化生体吸収性インプラント及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、第１の材料成分で作製され、第２の材料成分と混合された後、マトリックス（３）に埋め込まれている、少なくとも１つの強化繊維／繊維束（２）又は繊維構造体（２）若しくは繊維構築体（２）を含む、硬組織及び／又は軟組織を補填又は置換するための生体吸収性インプラント（１）に関する。第１の材料成分の材料は、絹、キトサン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリグリコリド、ポリウレタン、及びポリプロピレンからなる群の少なくとも１つの要素を含み、第２の材料成分は、材料成分が繊維／繊維束（２）、繊維構造体（２）又は繊維構築体（２）と混合される時点で顆粒又は粉末形態で存在する。本発明は、そのようなインプラント（１）の製造方法にも関する。【選択図】 図１
Description
本発明は、軟骨、骨、若しくはその他の組織などの硬組織及び／又は軟組織を補填若しくは置換するための生体吸収性インプラントに関する。生体吸収性材料は、少なくとも１つの強化繊維を含む。前記少なくとも１つの強化繊維は、強化繊維束／強化繊維構造体又は強化繊維構築体の形態であることが好ましい。少なくとも１つの強化繊維は、第１の材料成分から作製され、第２の材料成分と混合された後、マトリックスに埋め込まれる。第１の材料成分の材料は、絹、キトサン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリグリコリド、ポリウレタン、及びポリプロピレンからなる群の要素の少なくとも１つ又は組み合わせを含む。
繊維束、繊維構造体、及び繊維構築体も、本明細書の繊維として理解されることを再度強調しておく。
本発明は、生体吸収性材料の製造方法にも関する。
一方では、従来技術の生体吸収性インプラントは、１つの原材料のみで作製されることが知られている。他方では、吸収性材料の分解に生体反応の改善をもたらすために、複数の材料に基づく技術がインプラントの分野において普及している。しかし、改善した生体反応は、機械的強度の損失に直面し、特定の条件下において、機械的負荷下にあるインプラントの早期不具合を引き起こすことがある。例えば、欠損を再生するために用いられるそのようなインプラントは、手術によって挿入された直後は、通常、最大限に置換されるべき組織を置換するのに、十分な機械的安定性を有していない。
汎用のインプラントは、独国特許出願公開第１０２０１００３４４７１Ａ１号によって知られている。それは、細長い、好ましくは編み上げフィラメント体及びフィラメント体を少なくとも部分的に囲むコーティングを含むフィラメントを備えるインプラントを開示する。この特許出願のフィラメントは、ポリエチレン及び／又はポリプロピレンから作製され、一方コーティングは吸収性材料と、必要に応じて添加剤からなる。
インプラントは、欧州特許第１５３７８８３Ｂ１号によっても公知である。後者は、組織損傷及び欠損の修復を目的としていて、強化材料を含む生体適合性構造体を有する。
欧州特許出願公開第２０８１０２０Ａ２号では、生体吸収性成分及び／又は非生体吸収性成分から作製される組織インプラントが開示されている。非吸収性成分として、例えば、天然又は合成の絹が考えられる。
米国特許出願公開第２００４／００５４３７２Ａ１号は、インプラントとして使用する生物学的に分解可能な複合材料を対象とする。前記インプラントは、生分解性繊維強化複合体、マトリックス、並びに繊維を含む。
インプラントの幾何学的形状の個々の特性への適応によって、使用される材料の量が増大することは、前述の従来技術の欠点である。材料の使用の増大に起因する費用有効性の低下だけでなく、生物学的過程は悪化し、臨床結果に悪影響を与える。既知の通り、濃度と関連した否定的な臨床反応は、インプラントから分解される物質の量が増大することによって起こり得る。
同様に、従来技術では、接合される複合材料は、いわゆるプリプレグ技術（「予め含浸した繊維」を略した）によって主に生成される。後者は、インプラントを生成するための温度及び圧力下で硬化した反応樹脂で予め含浸した織物繊維マトリックス半製品である。この織物繊維マトリックスは、高コストであり、時間がかかる。
それゆえに、従来技術によって知られる欠点を排除又は少なくとも軽減すること、並びに、特に、極力少ない材料を使用しつつも、迅速な生体吸収特性並びに効率的な製造が可能なインプラントを使用可能とすることが本発明の目的である。
本発明によれば、これは、少なくとも１つの強化繊維／繊維束／繊維構造体又は繊維構築体と混合の際に、第２の材料成分が顆粒又は粉末形態で存在するということによって保証される。したがって、第１の材料成分は、繊維／繊維束の形態、又は繊維構造体若しくは繊維構築体の形態で存在し、第２の材料成分は、例えば、互いに異なる量及び材料組成物で混合されなければならない粉末又は顆粒形態で存在する。このようにして、達成されるべき特性の高柔軟性は、少なくとも１つの繊維／１つの繊維束／１つの繊維構造体又は繊維構築体の混合、及び、粉末又は顆粒の混合の際に保証され、個別に高い信頼性を保証しながら設計され得る。
有利な実施形態は、従属請求項の主題であり、以下に詳細に説明するものとする。
代替的に又は追加的に、第２の材料成分は、液体状でも存在し得ることが好ましい。少なくとも１つの繊維は、液状の第２の材料成分中に、極めて柔軟に配置し得る。さらに、液状の第２の材料成分は、異なる密度及び強度を実現することができる。
マトリックスは、第２の材料成分及び少なくとも１つのさらなる材料成分から作製されると有利である。これにより、強度又は分解速度若しくは生物学的適応性などに関するマトリックスの特性は、さらなる成分を加えることによって、特異的に影響を受ける。
第２の材料成分がリン酸塩系セラミック成分を含むと、構造的機能をとるマトリックスの高強度が保証される。これにより、インプラントの信頼性及びその生体適合性が増大する。
好ましい実施形態では、繊維の全体が、絹、キトサン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリグリコリド、ポリウレタン、及びポリプロピレンからなる群の少なくとも２つの要素を含む。ここで１つの繊維が複数の材料から作製されること、及び、個々の繊維が同じ材料を含むがそれぞれ異なる材料を含むことのどちらも可能である。前述の群からの要素のそれぞれは、材料科学でよく知られたそれぞれの利点を提供する。したがって、要素（複数可）のうちどれを選択するべきかに関する選択は、それぞれの一般的な条件に依存する。これに関して、強度、生体適合性、費用有効性、並びにマトリックスに対する繊維成分の体積及び質量の比が、影響因子として列挙される。
繊維がマトリックスと繊維との間の相互作用表面を増大させるために少なくとも１つの凸部及び／又は凹部を有することにより、さらなる利点が得られる。これにより、マトリックス内の繊維の座が頑強となる。このようにして、インプラントは、予想外の外部及び内部の強い衝撃が生じた場合であっても、負荷に耐える。
有利な実施形態において、吸収時間を制御することを可能にする複数の固体粒子は、マトリックスに配置され、固体粒子は、生体吸収性材料／インプラントの質量に対し測定したとき５％〜２５％の質量％を有する。マトリックス中の固体粒子の質量％が高いほど、それらによって及ぼされる時間の影響も高くなる。これに関して、強度の一般的な条件を遵守し、生物学的特性を考慮しながら、何重量％を使用できるのか評価しなければならない。第２の材料成分が、混合される際に粉末及び／又は顆粒形態であるので、固体粒子の混合物は、インプラントを製造する際に、さらなる多大な労力を要することなく、実現することができる。
生成的製造、サブトラクティブ製造、及び３Ｄ成形製造によって個々の材料成分の混合が可能な場合であっても、生体吸収性材料の正確で信頼できる製造が促進される。生成的積層方法は、粉末／顆粒形態及びフィラメント形状によって促進される。生成的製作は省略される高速プロトタイピングの異なる方法で、必要とされるときに支持構造物を生じ、生成的製作は、とりわけ使用する材料の量に好影響を持つ。
これは、例えば圧縮成形など、さらなる３Ｄ成形方法に類似的に適用できる。個々の成分の混合のさらなる選択肢として、ＬＣＭ（「リソグラフィー方式セラミック製造（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ−ｂａｓｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）」）又はエレクトロスピニングが挙げられる。
さらに、混合時に顆粒又は粉末である第２の材料成分の粒子が、所定の時間枠の後に一体的併合形状をとる場合に、利点が明らかとなるであろう。このようにして、第２の材料成分の任意の粉末形態は適切な後処理で取り除かれ、材料内に相の境界がもはや存在しないので、インプラント内の力の消耗に好ましい効果を有する。
他の好ましい実施形態では、混合の際に顆粒又は粉末の第２の材料成分の粒子は、マグネシウム、カルシウム、ヒドロキシアパタイト、α−及び／又はβ−リン酸三カルシウム、並びに石灰からなる群の少なくとも１つの要素を含むことにより、生体吸収性インプラントの分解挙動に特異的に影響する。このようにして、インプラントの生体吸収は、何ら合併症なしに速やかな治癒を保証するように、患者の健康状態に応じて可変適応させることができる。
生体吸収性インプラントの製造方法も、本発明の一部である。前記方法は、様々なステップを含み、時間内に連続して実行されることが好ましい。第１の材料成分から繊維を用意するステップの後、第２の材料成分の顆粒若しくは粉末粒子、又は液状態の粒子を用意するステップが続くことになる。両材料成分を、それらの配置又は温度などの外部条件に関して、混合に備えたある状態にしたとき、前記混合を行って、第１の材料成分及び第２の材料成分から生体吸収性インプラントを得る。前記インプラントは３次元の幾何学的形状を有し、その後、必要に応じて、その形状及び／又は表面性状が、置換を受ける硬組織に対して相補的な構成となるようにするために、仕上げ加工してもよい。
本発明による方法は、インプラントの分解速度並びにインプラントの患者の身体との生物学的相互作用に関して、インプラントを最適化するために、さらなる成分を混合するステップによって、任意選択で拡張することができる。
インプラントの３次元の拡大及び幾何学的形状が明らかになるように、第２の材料成分が第１の材料成分の繊維を囲むことは、同様に本発明の一部である。前記拡大／幾何学的形状は可変に設計することができ、したがって変動する条件に最適に適応させることができる。
本発明によれば、インプラントの質量％で、繊維比率は５％〜９５％の範囲である。質量％が５％、１５％、２０％、３０〜５５％、又は６０〜９５％である構成が特に好ましい。
異なる材料成分の密度は一定ではないので、体積％で繊維比率は質量％に一致する必要はない。体積％で、繊維比率は５％〜９５％の範囲である。体積％が、５％、１５％、２０％、３０〜５５％、又は６０〜９５％である構成が特に好ましい。
繊維は、インプラントの強度特性を最適化するように配置されることが好ましい。また、生体吸収性繊維強化インプラントをさらなる材料で生成することが可能である。それらは、粒子形態で有利に含有される。前記粒子の例として、マグネシウム、鉄、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、ヒドロキシアパタイト、α−及び／又はβ−リン酸三カルシウム、並びに石灰が挙げられる。全ての粒子は同じ要素／材料から作製されていてもよく、又は、個々の粒子は異なっていてもよい。特定の適用、すなわち、患者の状態によって、どの粒子を利用するかを決めることになる。前記副材料のそれぞれは自然骨の形成に支持効果を及ぼすように利用される。
インプラントの全質量中の前記粒子の比率は、５％〜２５％の範囲であり、およそ１０％、１５％、又は２０％であることが有利である。
体積に関して、全質量中の前記粒子の比率は、５％〜２５％の範囲にされ、およそ１０％、１５％、又は２０％であることが有利である。
粒子を含むインプラントの強度は、粒子が示す幾何学的形状による。また、分解速度も、粒子が示す幾何学的形状に影響される。粒子は、実質的に球状であることが好ましい。したがって、３０μｍ〜６０μｍの球径が一般的である。同様に、本発明によれば、３０ｎｍ〜６０ｎｍのより小さな球径も、確実に使用することができる。
有利な実施形態において、粒子径は１μｍ〜１０μｍの範囲であり、より好ましくは、１５μｍ〜２５μｍの範囲であり、さらにより好ましくは５０μｍ〜１５０μｍの範囲である。それぞれの適用、すなわち、患者の状態によって、使用することになる粒度が決められる。
少なくとも１つの繊維に関して、幾何学的形状もまた変化し得る。繊維は１ｍｍ〜１０ｍｍの長さを有することが好ましい。より大きなインプラントでは、繊維の長さは５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲である。
一実施形態の繊維は、円形断面を有する。後者は、約３０μｍの直径を有する。同様に、１０ｎｍ〜１μｍの繊維直径でもよい。別の例示的構成では、繊維直径の寸法が、５μｍ〜１５μｍの範囲であり、さらに別の構成でも、寸法が１００μｍ〜５００μｍの範囲である。
繊維の全体が、例えば互いに対して網目状に配向される繊維構造体を形成するように構成されることが好ましい。前記構造は、平面又は、立体的にも構成され得る。繊維構造体は、網目状に編み込まれた個々の部分的な繊維の配向を有する。
繊維は、個々の繊維とマトリックスとの間の相互作用表面を増強させる／拡大する構造的表面形状を有することが好ましい。これにより、本発明によるインプラントの機械的安定性／頑強性／強度が増大する。
以前に繊維素材として提示されたキトサンは、強化機能だけでなく、抗菌効果も有することによって優れている。
マグネシウム、マグネシウム−カルシウム−亜鉛（ＭｇＣａＺｎ）、鉄、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、ヒドロキシアパタイト、α−及び／又はβ−リン酸三カルシウム、並びに石灰などの粒子を、適切な繊維と混合することにより、生体吸収性材料の分解挙動を加速でき、又は、必要に応じて減速できるように、時間帯／時間展開を調節できる。
本発明によれば、表面改質をして、インプラントの抗菌効果を向上すること、及び内部成長挙動を最適化することが同様に可能である。したがって、成分のマグネシウム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ヒドロキシアパタイト、α−及び／又はβ−リン酸三カルシウム、並びに石灰は、繊維との相互作用で、所望のインプラントの挙動をもたらすために、改変されることが好ましい。
以下で、本発明を図によって詳細に例示するが、これに関して、様々な例示的構成も説明する。
［図面の簡単な説明］
［図面の簡単な説明］
[図１] 混合直後の状態の本発明によるインプラントの横断面を示す図である。
[図２] 図１における、後の状態の断面を示す図である。
[図２] 図１における、後の状態の断面を示す図である。
各図は、単に概略的なものにすぎず、本発明の理解のためだけに役立つものである。
図１は、硬組織を補填又は置換するための、少なくとも１つの強化繊維２を含む生体吸収性インプラント１を示す。本発明によれば、前記繊維２は、次には絹、キトサン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリグリコリド、ポリウレタン、及びポリプロピレンからなる群の少なくとも１つの要素を含む。繊維２は、マトリックス材料３に埋め込まれ、後者と長手方向及び短手方向の両方に沿って強度の高い値を示すこのようなインプラント１を形成する。マトリックス材料３は、繊維２と混合されるときは、顆粒若しくは粉末、又は液体である。これは、図１の相境界４で見られる。
図２では、もともと顆粒状組成物であったマトリックス材料３が完全に懸濁され、その結果インプラント１が、強化繊維２が配置された均一なマトリックス３を単に含んだ状態を示す。この状態で、インプラント１は、患者に挿入されるのに適用される。
設計は柔軟性であってもよい。図１及び２は単に材料組成物を示し、優れたインプラント１は、支持される硬組織を相補的に補填するような設計にされなければならない。
インプラント１の生体吸収性は、図２に示される状態で相境界４がもう生じないことによって、増大される。
Claims (10)
- 硬組織及び／又は軟組織を補填又は置換するための生体吸収性インプラント（１）であって、
第１の材料成分から作製され、第２の材料成分と混合された後マトリックス（３）に埋め込まれる、少なくとも１つの強化繊維（２）を含み、
前記第１の材料成分の材料が、絹、キトサン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリグリコリド、ポリウレタン、及びポリプロピレンからなる群の少なくとも１つの要素を含み、
前記第２の材料成分が前記少なくとも１つの強化繊維（２）と混合される時点で、前記第２の材料成分が顆粒状形態又は粉末形態で存在することを特徴とする、生体吸収性インプラント（１）。 - 前記マトリックス（３）が、前記第２の材料成分及び少なくとも１つのさらなる材料成分から作製されていることを特徴とする、請求項１に記載の生体吸収性インプラント（１）。
- 前記第２の材料成分が、リン酸塩系セラミック成分を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の生体吸収性インプラント（１）。
- 繊維（２）の全体が、絹、キトサン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリグリコリド、ポリウレタン、及びポリプロピレンからなる群の少なくとも２つの要素を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体吸収性インプラント（１）。
- 前記繊維（２）が、前記マトリックス（３）と前記繊維（２）との間の相互作用表面を増大させるための少なくとも１つの凸部及び／又は凹部を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体吸収性インプラント（１）。
- 吸収時間を制御することを可能にする複数の固体粒子が、前記マトリックス（３）に配置され、前記固体粒子が、前記生体吸収性インプラント（１）の質量に対し測定したとき５％〜２５％の質量％を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の生体吸収性インプラント（１）。
- 個々の材料成分の混合が、生成的製作、サブトラクティブ製作、及び３Ｄ成形製作によって可能とされることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の生体吸収性インプラント（１）。
- 混合時に顆粒又は粉末である前記第２の材料成分の粒子が、所定の時間枠の後に一体的併合形状をとることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の生体吸収性インプラント（１）。
- 混合時に顆粒又は粉末である前記第２の材料成分の粒子が、前記生体吸収性インプラント（１）の分解挙動に特異的に影響するために、マグネシウム、カルシウム、ヒドロキシアパタイト、α−及び／又はβ−リン酸三カルシウム、並びに石灰からなる群の少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体吸収性インプラント（１）。
- 請求項１〜９のいずれか一項に記載の生体吸収性インプラント（１）を製造するための方法であって、
前記第１の材料成分から前記少なくとも１つの繊維（２）を用意するステップと、
前記第２の材料成分の顆粒状粒子若しくは粉末粒子、又は液状態を用意するステップと、
前記第１の材料成分を前記第２の材料成分と混合して、前記生体吸収性インプラント（１）を得るステップと、
前記生体吸収性インプラント（１）が、置換を受ける前記硬組織及び／又は軟組織に対して相補的な構成となるように、前記生体吸収性インプラント（１）をその形状及び／又は表面性状に関して後処理するステップと
を含む、方法。
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