JP4851513B2 - 脊椎インプラントに有用な荷重支持用の合成コラーゲン−ミネラル複合体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、荷重支持用途の脊椎インプラントに関する。ある種の態様では、本発明は、２つの隣接する椎骨間に配置して癒合を促進するように構成された合成脊椎インプラントに関する。

さらなる背景として、隣接する椎骨の端板間に位置する椎間板は、脊柱を安定させ、椎骨間の力を分散させ、椎体への衝撃を和らげるものである。正常な椎間板は、半ゼラチン質の成分である髄核を含む。髄核は、線維輪と呼ばれる繊維状の外輪に取り囲まれ、閉じ込められている。健康で損傷を受けていない脊柱では、この線維輪により、髄核が椎間板のスペースの外側に突出しないようになっている。

椎板は、外傷、疾患、または加齢により位置がずれたり、損傷を受けたりすることがある。線維輪が破損すると、髄核が脊柱管内に突出する。これは、一般に、椎間板ヘルニアと称する症状である。押し出された髄核は、脊髄神経を圧迫することがあり、その結果、神経の損傷、痛み、しびれ、筋肉の脱力感、および麻痺が生じることがある。椎間板は、通常の加齢過程で、または疾患のために劣化することもある。椎間板が脱水し硬化すると、椎間板のスペースの高さが縮み、そのため、脊柱が不安定になり、運動性が劣化し、痛みが現れる。

ある種の例では、こうした症状を和らげる唯一の方法は、椎間板切除、すなわち、椎間板の一部または全部を手術により除去し、次いで、隣接する椎骨を癒合（関節固定）させることである。損傷を受けた、あるいは健康でない椎間板を除去すると、椎間板のスペースがつぶれることになる。椎間板のスペースがつぶれると、脊柱が不安定になり、関節の機構的な動きが正常でなくなり、激痛を生じるのに加えて、関節炎または神経損傷が早期に発症する。椎間板切除および関節固定を通じて痛みを和らげるには、椎間板のスペースを維持し、患部の可動部分を最終的に癒合する必要がある。

これまでは、骨移植を利用して椎骨間のスペースを充填し、それによって椎間板のスペースを越えて隣接する椎骨の癒合を促進することが行われてきた。初期の技術では、隣接する椎骨間に、典型的には椎骨の後面のところに骨材料を単に配置し、患部の椎骨をまたぐプレートまたはロッドを介して脊柱を安定化させていた。癒合すれば、可動部分の安定性を維持するのに使われた金物類が不要になり、それらは永久に残る異物になる。さらに、ロッドまたはプレートを移植して癒合中の高さ関係を安定化させるのに必要な外科処置は、長時間かかることが多く、かつ複雑であった。

様々な試みが、関節固定が完全になされるまで椎間板のスペースを維持する際に使用するインプラントを開発するためになされてきた。こうしたインプラントは、一時的な支持を実現し、骨を内方成長させなければならない。椎間板切除および癒合の処置を成功させるには、骨の連続的な成長を進行させて堅固な中身を形成しなければならない。というのは、インプラントは、患者の生涯にわたって脊柱にかかる圧縮荷重に耐えられないことがあるからである。

例えば、隣接する椎体間の隙間を充填し、癒合を促進するために、いくつかの金属スペーサが開発された。これらの金属スペーサは中空の脊椎ケージを含み、椎骨間のスペースに挿入する前に、この脊椎ケージに骨形成材料を充填し得る。骨形成材料は、例えば、自家移植、同種移植、または骨形成タンパク質の調合物である。このケージに画定された開口は、中空の内部と連通して、椎骨端板間で組織が成長するための経路を提供する。

骨から作製された椎体間脊椎インプラントも採用されてきた。これらの例には、ねじ付き骨ダボ製品および埋伏スペーサがある。骨からは、癒合の際に利用される多くの利点が得られる。骨は、癒合後に一体化し得るので、恒久的なインプラントにはならない。また、骨は、金属インプラントのように散乱が生じないので、手術後の画像化に極めて適している。骨移植片は、周囲の骨と類似の弾性率を有するので、応力遮蔽が避けられる。

全骨スペーサによれば上記その他の利点が得られるが、骨を使用するといくつかの課題が生じる。椎間板のスペースに配置されるスペーサは、脊柱の周期的な荷重に耐えなければならない。皮質骨製品は、このように使用しても十分な圧縮強度をもち得るが、皮質骨では、癒合が迅速に行われない。海綿骨は、癒合をより促すが、椎骨間スペーサとしては生体力学的に安定ではない。その上、適切な同種移植骨は、時に比較的希少なことがあり、製品の供給が中断される潜在的な恐れがある。

この分野におけるこうした背景に鑑みて、容易に入手可能な材料から製作され、荷重支持脊椎用途に必要な機械的かつ生物学的な性質を有する改善された代替椎骨間スペーサインプラントがいまだ必要とされている。本発明は、ある種の実施形態において、これらの要求に対処するものである。

一実施形態では、本発明は、椎骨間の脊椎インプラントを提供する。この脊椎インプラントは、再構成された原線維コラーゲンおよび粒子状ミネラルを含む生体適合荷重支持複合体を備える。この複合体は、ぬれ圧縮強度が少なくとも約２００ニュートン／平方センチメートル（Ｎ／ｃｍ^２）であり、この複合体により、隣接する第１椎骨と第２椎骨の間に移植されるように寸法設定され構成された本体が提供される。この本体は、これら隣接するそれぞれの椎骨と摩擦係合するように構成された上部表面および下部表面を有する。例えば、この本体は、くさび、ダボ、またはＤ形の形態で提供することができ、この本体には、１つまたは複数の貫通穴を組み込むことができる。この貫通穴に、製造時点で、あるいは手術中に骨形成物質を配置し保持することができる。

この本体の上面および下面における有利な摩擦表面は、例えば、歯、鋸歯、または溝などの様々な突起パターンのいずれかを含み得る。
別の実施形態では、本発明は、椎骨間の脊椎インプラントを作製する方法を提供する。この方法は、再構成された原線維コラーゲンおよびミネラル粒子を含む組成物を成型して、望ましくはぬれ圧縮強度が少なくとも約２００Ｎ／ｃｍ^２である荷重支持複合材料を提供するステップを含む。この複合材料を整形して、隣接する第１椎骨と第２椎骨の間に導入するための本体が提供される。前記本体上には、第１椎骨および前記第２椎骨と摩擦係合するように構成された表面突起が形成される。有利な実施形態では、成型手順中にこの本体を整形し、かつ／または突起を形成する。さらに、成型操作中に、またはその他の方法で、貫通穴および／または器具係合開口または他のアダプタ部を本体に設けることができる。この成型操作は圧縮下で行うことができ、それによって、本発明の複合材料および得られるスペーサの強度および密度が高められる。

別の実施形態では、本発明は、骨インプラント材料を提供する。この骨インプラント材料は、再構成された原線維コラーゲンおよび粒子状ミネラルを含む生体適合複合体を備える。この複合体は、少なくとも約２００Ｎ／ｃｍ^２のぬれ圧縮強度を有し、有利には、少なくとも約１ｇ／ｃｍ^３のかさ密度も有する。ある種の形態では、この複合体のコラーゲンは、複合体を形成するのに用いる成型工程の前、その最中、かつ／またはその後で複合材料の強度を高めるために架橋し得る。本発明の他の形態では、この複合体は、患者の骨に接触する目標インプラント部位、例えば、脊椎内の椎体間または他の場所で受けられるように構成された成型品の形態で提供し得る。この複合体は、骨由来の材料を含まないものとし得る。ある種の実施形態では、この複合体は、再構成された原線維コラーゲン以外のコラーゲン源を含まないものとし得る。他の実施形態では、この複合体は、原線維コラーゲンおよび可溶性コラーゲンをともに含むことができ、かつ／または、粒子状ミネラルは、リン酸三カルシウムなどのリン酸カルシウムミネラルおよび／またはヒドロキシアパタイトを含み得る。

本発明の別の実施形態は、上記で説明した骨インプラント材料を作製し、かつ使用する方法を含む。
本発明の追加の実施形態ならびに特徴および利点は、本明細書の説明から明らかになるであろう。

本発明の原理の理解を深めるために、ここで本発明のある種の実施形態を参照し、特定の用語を使用してこの実施形態を説明する。そうではあるが、本発明の範囲がそれによって制限されることを意図するものではないこと、本発明が関係する技術分野の技術者には普通に想起されるであろう以下で説明するインプラントの変形形態および改変形態ならびに本明細書で説明する本発明の原理のさらなる応用が企図されていることを理解されたい。

上記で開示したように、本発明の一態様では、椎骨間の脊椎インプラントが提供される。この脊椎インプラントは、荷重を支持し、生体に適合する高強度複合材料で形成された本体を備える。この複合材料は、粒子状ミネラル材料およびコラーゲンを含む。この荷重支持本体は、隣接する第１椎骨と第２椎骨の間に、特に、隣接する椎骨間の椎体間スペースに配置されるように寸法設定され構成される。本発明のある種の態様におけるインプラント本体は上面および下面を有し、これらの表面はそれぞれ、一対の椎骨の１つに摩擦係合するように構成される。本発明の他の態様では、このような脊椎インプラントを準備し使用する方法が提供される。

本発明のインプラントは、粒子状ミネラル材料およびコラーゲンを含有する合成複合材料を含む。本発明の有利な実施形態では、この粒子状ミネラル材料は、リン酸カルシウムセラミックとし得る。このような材料の例には、ヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、または二相性リン酸カルシウムがある。他のカルシウム含有ミネラル材料、例えば、硫化カルシウム、ならびにＢｉｏｇｌａｓｓ（商標）などの生体活性ガラスも使用し得る。これらのミネラル成分は、市販されているものを購入することもできるし、当技術分野で周知の方法によって得ることも合成することもできる。こうした粒子状ミネラル材料は、任意の適切な粒子サイズとしてよく、例えば、その平均粒子径は、約５０μｍ〜約５ｍｍとし得る。ある種の実施形態では、この粒子状ミネラルの平均粒子径は、約０．１ｍｍ〜約３ｍｍである。

上記で述べたように、本発明では、二相性リン酸カルシウムを使用して粒子状ミネラル材料を提供し得る。望ましくは、このような二相性リン酸カルシウムは、リン酸三カルシウムとヒドロキシアパタイトの重量比が約５０：５０〜約９５：５、より好ましくは約７０：３０〜約９５：５、さらにより好ましくは約８０：２０〜約９０：１０、最も好ましくは約８５：１５である。好ましい粒子状二相性リン酸カルシウム材料は、Ｍａｓｔｅｒｇｒａｆｔ（商標）として知られているものであり、これは、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｓｏｆａｍｏｒ Ｄａｎｅｋ社から市販されている。この材料中の粒子は、骨の成長の伝導に有利な湾曲した表面特徴を含む。適切な粒子状ミネラルおよびその調製に関する追加の情報が、２００４年７月１日公開の「Ｂｏｎｅ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ（ＳＤＧＩ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ， Ｉｎｃ．）」という名称の国際公開ＷＯ２００４／０５４６３３号に記載されている。これをここに参照により本明細書に組み込む。

この粒子状ミネラル材料と組み合わせて本発明による合成複合材料を形成するのに適したコラーゲン材料には様々なものがある。天然コラーゲンは、それらのアミノ酸配列、含水炭素含有量、およびジスルフィド架橋の有無に応じていくつかの異なるタイプに細かく分類することができる。タイプIおよびタイプIIIのコラーゲンは、最も一般的な亜類型コラーゲンのうちの２つである。タイプIコラーゲンは、皮膚、腱、および骨に存在し、タイプIIIコラーゲンは、主に皮膚に存在する。この合成複合材料におけるコラーゲンは、皮膚、骨、腱、または軟骨から得ることができ、それを当技術分野で周知の方法によって精製し得る。あるいは、コラーゲンは市販のものを購入してもよい。

コラーゲンはさらに、アテロペプチドコラーゲンおよび／またはテロペプチドコラーゲンとし得る。さらに、非原線維（例えば、可溶性）コラーゲンかつ／または原線維コラーゲンも使用し得る。本発明のある種の実施形態では、少なくとも何らかの原線維コラーゲンを使用し、他の実施形態では、全原線維コラーゲンを使用する。この点に関して、原線維コラーゲンは、コラーゲンがその天然原線維形態に再構成されたものである。ある種の好ましい態様では、平均長が約０．１ｍｍ〜約２０ｍｍ、より典型的には約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲の原線維を有する再構成原線維コラーゲンを使用する。

本発明の複合体中のミネラルとコラーゲンの重量比は、典型的には少なくとも約４：１、より望ましくは少なくとも約１０：１である。本発明のある種の実施形態では、ミネラルとコラーゲンの重量比は、少なくとも１５：１である。

本発明の複合材料には、例えば治療薬剤を含めて他の物質を組み込むこともできる。治療薬剤は、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−７および／または他の骨形態形成タンパク質などの骨形成タンパク質、脱ミネラル骨、成長因子、抗生物質などである。ある種の実施形態では、骨インプラント材料は、代用品、すなわち骨に由来する材料を提供することを意図しており、そのため、皮質骨または海綿骨あるいは脱ミネラル骨などの骨由来の材料を含めないことがある。さらに、この複合体は、それを調整する際に使用するコラーゲンおよびミネラルから重量に関して主に構成され、例えば、少なくとも約７０％がコラーゲンおよびミネラルから構成されるものとする。他の実施形態では、少なくとも約９０％がコラーゲンおよびミネラルから構成される。特定の実施形態では、この複合材料は、それを調製する際に使用するコラーゲン材料およびミネラル材料からなるか、あるいは、本質的にそれらからなるものである。

本発明の複合材料は、撚糸、細線、または繊維などの強化フィラメントを含めて強化要素を組み込むこともできる。このような強化フィラメントまたは他の要素は、ある種の実施形態では、例えば、再吸収可能な合成ポリマーまたはコラーゲンを含めて再吸収可能な材料から作製し得る。これらのフィラメントは、例えば押出しを含めて任意の適切な手段によって調製することができ、本発明の変形形態では、用いられる原線維コラーゲンの原線維よりも比較的長く、かつ／または直径を大きくし得る。フィラメント長は、典型的には約０．５ｍｍ〜約５０ｍｍの範囲である。これらの強化材料は、再構成原線維コラーゲンとミネラルを有する混合体に組み込むことができ、これを処理して本明細書で説明する荷重支持体が得られる。

脊椎インプラントの一製造形態は、合成複合材料を型で鋳造するというものである。この合成複合材料は、半月形、四辺形、矩形、円筒形、または他の任意の形状の型の形状を取り得る。さらに、型の表面は、滑らかにしてもよいし、脊椎インプラントに特徴を付与するために隆起特徴またはくぼみを含めてもよい。こうした特徴は、型内の合成複合材料を乾燥または他の方法で硬化させるときに、型から脊椎インプラントに付与することができる。特定の態様では、荷重支持体の上部表面および／または下部表面に、粗面または摩擦係合面を形成し得る。より好ましくは、上部表面および／または下部表面に突起または隆起部分を型から付与し得る。突起または隆起部分としていくつか例を挙げると、稜線、鋸歯、錐体、および歯がある。

さらに、この型により、荷重支持体を貫通して延びる１つまたは複数の開口を付与することができる。荷重支持体のこの開口は、患者の骨、または骨形成調合物などの医用材料の一部を開口内で受けるように寸法設定し得る。荷重支持体に形成する開口の数は１つまたは複数とし得る。さらに、これらの開口は、脊椎インプラントの任意の場所に配置し得る。例えば、これらの開口は、脊椎インプラントの中央に配置することもできるし、脊椎インプラントの中央から離して配置することもできる。

別の製造操作では、合成複合材料を部分的または全体的に機械加工して、インプラントの形状を形成することができる。このような機械の例は、旋盤、穿孔機、あるいは、材料を整形するのに使用し得る他の機械式装置である。合成複合材料を整形して、半月形、四辺形、矩形、円筒形、あるいは、意図する最終用途に適する他の任意形状とすることができる。さらに、これらの機械により、脊椎インプラントの上部表面および／または下部表面に粗面を形成することもできるし、器具と係合するための特徴、骨形成物質その他の医用物質用の貫通穴を形成することもできる。

本発明のインプラントを準備する際に、コラーゲンとミネラルの混合物は、典型的には、液体と混合して材料を湿らせる。例えば、水、塩水（例えば、生理食塩水）などの水溶液、糖溶液、プロトン有機溶媒、グリセロールおよびグリセロールのエステルなどの液体ポリヒドロキシ化合物、ならびにこれらの混合物といった水性調剤を含めて任意の適切な液体を使用し得る。この液体は、例えば、成型操作前には、混合組成物の約５〜約７０重量％を占めることがある。水などのある種の液体は、空気乾燥、加熱乾燥、凍結乾燥などの従来方式の乾燥技術を利用して、形成したインプラント装置から部分的に、または本質的に完全に除去することができ、それが好ましい。

製造の一方式では、コラーゲン−ミネラル混合物は、液体と、望ましくは水性調剤と混合してペーストを形成することができる。過剰な液体は、例えば、ペーストを液体浸透性の型またはフォームに塗布し、過剰な液体を排出させるなど、任意の適切な手段によってペーストから除去し得る。

本発明のある種の実施形態では、コラーゲン−ミネラル組成物を生成した後で、この組成物を圧縮して、荷重支持能力が強化されたインプラント材料を生成する。例えば、少なくとも約６８９．５Ｎ／ｃｍ^２（１０００ｐｓｉ）の圧縮力を加えて、本発明の複合インプラント材料を生成する。典型的には約６８９．５Ｎ／ｃｍ^２（１０００ｐｓｉ）〜約４１３６０Ｎ／ｃｍ^２（６００００ｐｓｉ）、より典型的には約１３７９Ｎ／ｃｍ^２（２０００ｐｓｉ）〜約１３７９０Ｎ／ｃｍ^２（２００００ｐｓｉ）の圧縮力を用いる。圧縮の継続時間は、荷重支持インプラント材料を形成するのに適切な任意の時間とし得るが、典型的には数分〜数日、より典型的には約２〜２４時間の範囲である。

成型の前、その最中、またはその後である種の場合にはコラーゲン−ミネラル含有組成物に圧縮力を加えることを含めて、この組成物を、加熱、凍結乾燥、および／または架橋など、１つまたは複数の追加の操作にかけることができる。

この点に関して、架橋処理は、形成されるインプラントの強度を向上させるために導入し得る。架橋処理は、周知の様々な方法のいずれか、あるいはそれらの組合せによって実現し得る。このような方法には例えば、化学反応、放射エネルギー（例えば、紫外光またはマイクロ波のエネルギー）などのエネルギーの照射、乾燥および／または加熱ならびに色素媒介光酸化、熱脱水処理、酵素処理などがある。

一般に、化学的な架橋作用物質が好ましく、それらの例には、二官能価または多官能価の反応基を含み、コラーゲンと反応するものがある。化学的な架橋処理は、コラーゲン−ミネラル組成物を、化学的架橋作用物質に暴露するか、または、化学的架橋作用物質の溶液に接触させるか、あるいは、化学的架橋作用物質の蒸気に暴露することによって実施し得る。上記で述べたように、この接触または暴露の操作は、成型操作の前、その最中、またはその後で行うことができる。いずれにしても、最終的な骨インプラントの性能または認容性にとって必要または望ましい場合には、得られた材料は、その後洗浄して、残りの化学架橋剤のほぼすべての量を除去し得る。

適切な化学的架橋作用物質には、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒドなどのモノアルデヒドおよびジアルデヒド；グリセロールポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルならびに他のポリエポキシグリシジルエーテルおよびジエポキシグリシジルエーテルなどのポリエポキシ化合物；二酸化チタン、二酸化クロム、二酸化アルミニウム、ジルコニウム塩などの多価金属酸化物、ならびに植物由来の有機タンニンおよび他のフェノール酸化物などのなめし剤；エステル化のための化学物質、または後にヒドラジドと反応させてコラーゲン内での活性アシルアジ化物官能基を形成するカルボキシル基；ジシクロヘキシルカルボジイミドおよびその誘導体ならびに他のヘテロ二価性架橋作用物質；ヘキサメチレンジイソシアネート；グルコースなどの糖があり、これらもコラーゲンを架橋する。

本発明のある種の態様では、本発明の調製された複合インプラント材料は、比較的密な固い材料であり、例えば、そのかさ密度（インプラントの重量をその体積で割ったもの）は、少なくとも約１ｇ／ｃｍ^３、より典型的には約１ｇ／ｃｍ^３〜約２ｇ／ｃｍ^３である。

それに加えて、あるいはその代わりに、本発明の調製された複合インプラント材料は、その荷重支持特性を高めることもでき、例えば、そのぬれ圧縮強度は、少なくとも約２００Ｎ／ｃｍ^２、典型的には約２００Ｎ／ｃｍ^２〜約１００００Ｎ／ｃｍ^２、典型的には約２００Ｎ／ｃｍ^２〜約５０００Ｎ／ｃｍ^２であり、ある種の実施形態では、約２００Ｎ／ｃｍ^２〜約２０００Ｎ／ｃｍ^２の範囲である。このぬれ圧縮強度は、生理食塩水で飽和させた、例えば、生理食塩水に１２〜２４時間浸した後のインプラントを用いて測定することができる。

本発明の複合材料は、成型操作または他の形成操作が完了した後で、温度を約−２０℃〜約−５５℃とし、真空を約１５０〜約１００ｍＴｏｒｒとし、時間を例えば約４〜約４８時間の範囲の適切な時間とするなどの従来条件の下で凍結乾燥させることができる。

成型操作の結果得られるインプラントは、完全にまたは部分的に、設定された、あるいは通常の形態または構成になっていると考えられる。一般的な全体の形態は、例えば、直方体、円盤、ピン、くさび、円筒、ねじ付き円筒などである。

本発明を実施するある種の様式では、本発明の荷重支持複合体を、脊椎インプラント、特定の実施形態では椎体間脊椎癒合インプラントを形成するのに使用することができる。このような目的では、コラーゲン−ミネラル複合体は、ヒトを含めて哺乳動物の隣接する第１椎骨と第２椎骨の間の位置に受け入れられるように寸法設定されたインプラント体を提供することができ、また、これら２つの椎骨の癒合が容易に行われるように構成し得る。本発明の有利な実施形態の脊椎インプラントは、少なくとも１つの側壁によって分離された上部表面すなわち上面および下部表面すなわち下面を有する荷重支持体を備える。具体的には、これらの上面および下面は、全体的に、平面、アーチ形、またはこれらの組合せとすることもできるし、椎骨端板などの第１椎骨の表面に接触するように他の任意の適切な構成とし得る。さらに、これらの上面および下面の少なくとも一方、望ましくは両方が、第１および第２の椎骨表面と摩擦係合するように構成される。上面と第１椎骨の間で摩擦係合させると、移植された後の荷重支持体が動かないようにするのを助ける。一形態では、上面および／または下面は、全体的に滑らかでない表面として構成され、それによって、隣接する椎骨の表面と係合する。例えば、上面および／または下面は、突起、隆起部分、および／または溝などを設けることによって粗面とすることができ、それによって第１椎骨と摩擦係合する。

突起または隆起部分は、いくつか例を挙げると、鋸歯、（方向性をもつ歯および方向性をもたない歯を含めて）歯、稜線、溝、または錐体の形状とし得る。
本発明のインプラントにおける荷重支持体の側壁は、アーチ形、平面、またはこれらの組合せとし得る。本発明のある種の実施形態では、脊椎スペーサに少なくとも１つの湾曲した側壁部分を設ける。この湾曲した側壁部分は、隣接する椎体の湾曲にほぼ対応するように構成される。

ここで図１および図２を参照して、本発明の脊椎インプラントの例を説明する。生体適合荷重支持体２０は、本明細書で説明した粒子状ミネラル／コラーゲン複合体から作製される。生体適合荷重支持体２０は、側壁２６によって分離された上部表面２２および下部表面２４を含む。図示した装置では、荷重支持体２０は、ほぼ「Ｃ」形または半月形に整形される。荷重支持体２０は、隣接する２つの椎骨間、具体的には、隣接する第１椎骨と第２椎骨の間の椎体間スペースに配置されるように寸法設定し得る。上部表面２２は、表面特徴２８を含む。表面特徴２８は、上部表面２２を完全に横切って延びることもできるし、別の形態では、表面特徴２８は、上部表面２２を部分的に横切って延びることもできる。具体的には、表面特徴２８は、鋸歯形状であるが、他の実施形態では、表面特徴２８は、異なる摩擦係合式形状とし得る。下部表面２４は、表面特徴３０を含む。図に示すように、表面特徴３０は鋸歯である。上部表面の場合と同様に、表面特徴３０は、下部表面２４を部分的に、または完全に横切って延びることができる。本発明の一般の態様では、表面特徴３０は、表面特徴２８とほぼ同じとしてもよいし、表面特徴２８と異なる形状としてもよい。

図１および図２に示すように、下部表面２４および上部表面２２の全体的な幾何形状はそれぞれほぼ平面である。側壁２６はアーチ形であり、それによって、スペーサ本体２０は全体的に「Ｃ」形になる。上部表面２２および／または下部表面２４は、図２に示すように、角度またはテーパを付けることもできる。また、図にも示すように、スペーサ本体２０の一端にテーパが付けられた部分３２を設けることができる。それによって、例えば、挿入用の案内端が得られる。荷重支持体２０は、図２に最もよく示されるように、器具用の穴３４も備える。この器具用の穴３４は、挿入器具などの医用器具の一部を受け、係合するように構成し得る。それによって、医療従事者が荷重支持体２０を隣接する椎骨間に挿入する際の助けとなる。器具用の穴３４は、いくつか例を挙げると、円形、矩形、または三角形など、様々な形状とすることができ、所望の場合には、ねじなどの取付けアダプタ部を含み得る。

使用に際して、荷重支持体２０または一対の荷重支持体２０は、一対の椎骨間の椎体間スペースに、上部表面２２が上側椎骨の表面にほぼ接触し、下部表面２４が下側椎骨の表面にほぼ接触するように挿入することができる。表面特徴２８は上側椎骨の表面に摩擦係合し、表面特徴３０は下側椎骨の表面に摩擦係合する。好ましくは、患者の脊柱の腰部において、一対の椎骨間の椎体間スペースに１つまたは複数の荷重支持体２０を挿入する。移植後、新生骨の内方成長が荷重支持体２０内で起こり、それによって安定になる。さらに、骨（例えば、患者の自家性の骨）、あるいは、例えばＢＭＰ−２またはＢＭＰ−７などの骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）を含めて骨形成タンパク質などの調合物である骨形成材料を、１つまたは複数の本体２０とともに椎体間スペースに導入して、隣接する椎骨の癒合を促進することができる。

ここで図３および図４を参照して、本発明の別の例である生体適合荷重支持体４０を説明する。生体適合荷重支持体４０は、本明細書で説明したコラーゲン−ミネラル複合体から形成される。荷重支持体４０は、第１椎骨と第２椎骨の間に配置されるように寸法設定し得る。荷重支持体４０は、平面状側壁４６およびアーチ形側壁４７によって分離された上部表面４２および下部表面４４を含む。上部表面４２および下部表面４４はそれぞれ、第１椎骨と第２椎骨の表面に接触させるために、平面、アーチ形、またはこれらの組合せとし得る。図に示すように、上部表面４２および下部表面４４はほぼ平面状である。上部表面４２は表面特徴４８を含む。下部表面４４は表面特徴５０を含む。図４に示すように、表面特徴４８および表面特徴５０は、ほぼ同じであり、形状は鋸歯である。表面特徴４８および表面特徴５０の鋸歯形状は、隣接する一対の椎骨間で荷重支持体４０を維持することができ、荷重支持体４０が患者の椎骨間から動かないようにし得ることを理解されたい。

他の実施形態では、表面特徴４８は、表面特徴５０とは独立に整形し得る。さらに、表面特徴４８および表面特徴５０はそれぞれ、上部表面４２および／または下部表面４４を完全に、または部分的に横切って延びることができる。荷重支持体４０は開口５２も備える。図に示すように、開口５２は、形状がほぼ矩形であり、平面状側壁４６およびアーチ形側壁４７によって形成される荷重支持体４０の外形に全体的に一致する。図３に示すように、平面状側壁４６およびアーチ形側壁４７は四辺形を形成する。この四辺形は、隣接する頚椎間に荷重支持体４０を移植するのに有用な形状となり得る。図３に示すように、開口５２は、荷重支持体４０において全体的に中央に位置する。他の形態では、開口５２は、荷重支持体４０内の任意の場所に位置し得る。さらに、他の形態では、複数の開口５２を荷重支持体４０内に配置し得る。

使用に際して、荷重支持体４０は、上部表面４２が第１椎骨に接触し、表面特徴４８が第１椎骨の表面と摩擦係合し得るように、隣接する椎骨間に配置することができる。さらに、表面特徴５０が第２椎骨の表面と摩擦係合し得るように、下部表面４４を第２椎骨に接触させることができる。有利には、移植後、新生骨の内方成長が荷重支持体４０内で起こり、それによって安定になる。さらに、上記で論じた患者の骨または骨形成タンパク質調合物などの骨形成物質を中央開口５２に供給して、隣接する椎体の癒合を促進することができる。

図５を参照して、本発明の別の例である生体適合荷重支持体６０を説明する。生体適合荷重支持体６０は、本明細書で説明したコラーゲン−ミネラル複合体から作製される。荷重支持体６０は、平面状側壁６６およびアーチ形側壁６７によって下部表面６４から分離された上部表面６２を含む。図に示すように、上部表面６２は、第１椎骨の表面に接触するように全体的に平面状とし得る。同様に、下部表面６４は、第２椎骨の表面に接触するように全体的に平面状とし得る。理解されるように、他の実施形態では、上部表面６２および／または下部表面６４はそれぞれ、第１椎骨および／または第２椎骨の表面と接触するように、アーチ形、または平面とアーチ形の組合せとしてもよい。さらに、上部表面６２は、下部表面６４とは独立に形成し得る。上部表面６２は、第１椎骨と摩擦係合する表面特徴６８を含む。図に示すように、表面特徴６８は、鋸歯として整形された隆起部分である。下部表面６４は、第１椎骨に隣接する第２椎骨と摩擦係合する表面特徴７０を含む。表面特徴７０も鋸歯として整形される。本発明の代替実施形態では、表面特徴６８はやはり、表面特徴７０とは独立に整形することができ、特徴６８および／または７０は、鋸歯以外の摩擦係合形状を提供し得る。図に示すように、荷重支持体４０は、形状がほぼ矩形であり、その一側壁が湾曲している。具体的には、側壁６６は全体的に平面状であり、側壁６７は凸アーチ形または凸湾曲面である。湾曲側壁６６は、例えば、椎骨間に荷重支持体６０が移植される隣接する椎骨の前方の湾曲に対応するように構成することができる。

使用に際して、荷重支持体６０は、上部表面６２が上側椎骨の表面に接触し、下部表面６４が下側椎骨の表面に接触するように、隣接する椎骨間の椎体間スペースに挿入することができる。さらに、表面特徴６８は、上側椎骨の表面に摩擦係合し、表面特徴７０は、下側椎骨の表面に摩擦係合させることができる。荷重支持体６０の移植後、新生骨の内方成長が荷重支持体６０の内部で、かつその周囲で起こり、それによって安定になる。所望の場合には、本体６０とともに骨形成物質を移植して、隣接する椎体の癒合を促進してもよい。

図６を参照すると、本発明による別の生体適合荷重支持体８０が示されている。生体適合荷重支持体８０は、本明細書で説明した複合材料から作製される。生体適合荷重支持体８０は、ほぼ円筒形の外面８２および一対の端壁８６を備える。外面８２は、第１椎骨の加工された（例えば、穿孔された）表面および第２椎骨の加工された表面に接触するようにアーチ形である。さらに、表面８２は、第１椎骨の表面および第２椎骨の表面と摩擦係合する表面特徴８８を含む。図６に示すように、表面特徴８８は、全体的に、ねじが切られるか、または波板状の形状とされる。ある種の実施形態では、表面特徴８８のねじ付き形状により、荷重支持体８０が回転しながら前進することができる。端壁８６の１つは、くぼみまたはスロット９０を含み得る。くぼみ９０は、隣接する椎骨間に荷重支持体８０を挿入する装置と係合するように寸法設定し、整形することができる。荷重支持体８０はさらに、一対の端壁８６間を延びる第１開口９２を備える。図に示すように、開口９２は、中央に配置されているが、他の実施形態では、第１開口９２は、中心からはずれた位置とし得る。開口９２は、挿入器具の一部を受けるように寸法設定し得る。開口９２は、円形として示されているが、本発明の他の形態では異なる形状とし得ることを理解されたい。図６に示すように、荷重支持体８０は、荷重支持体８０を貫通して延びる第２開口９４を含み得る。第２開口９４は、図に示すように、荷重支持体８０の中央に配置することもできるし、別の実施形態では、荷重支持体８０の中心からはずれたところに配置することもできる。第２開口９４は、上記で論じたように、患者の自家性の骨あるいは別の骨形成物質または骨形成調合物を受けるように寸法設定し得る。それによって、開口９４を通して骨の成長が促進されて、癒合物に関与し得る。

使用に際して、荷重支持体８０は、一対の椎骨間に、外面８２が上側椎骨の表面および下側椎骨の表面に接触するように挿入することができる。表面特徴８８は、上側椎骨の表面および／または下側椎骨の表面と摩擦係合することができ、それによって、荷重支持体８０が移植されると、新生骨の内方成長が荷重支持体８０の内部で、かつそれを貫通して起こる。

一般に、本発明の複合材料は、上記の好ましい脊椎インプラント、ならびに、頭蓋欠損の修復、腸骨稜のバックフィリング、脛骨プラトーおよび長骨欠損の修復など、他の用途を含めて様々な骨インプラント用途に使用し得る。このようなインプラントを使用して、外傷、疾患、または先天性欠損などによって引き起こされる上記その他の骨における重大な、または軽微な欠損を処置することができる。これらのインプラントは、開腹手術中に、または最小侵襲手術中に被移植者の体内に挿入し得る。最小侵襲手術の例には、腹腔鏡技術が含まれる。

本発明は、脊椎インプラントキットも含む。このキットは、本明細書で説明した複合材料の脊椎インプラントと、挿入器具、伸延器、注入器、バイアル、針、その他のコンポーネントなど、少なくとも１つの追加の医療用の装置または材料を含む。このキットのこれらのコンポーネントは、一般に、無菌状態でパッケージされる。このようなキットは、キットのコンポーネントの使用上の注意も同様に含み得る。

上記の説明において本発明を詳細に示し説明してきたが、上記の説明は例とみなすべきであり、その性質上限定的なものではなく、単にある種の実施形態を示し説明したこと、ならびに、本発明の趣旨に含まれるあらゆる変更および改変が保護されることが望まれることを理解されたい。

本発明の脊椎インプラントの上面図である。 図１に示す脊椎インプラントの線２−２に沿った断面図であり、矢印の方向に見たものである。 本発明の別の脊椎インプラントの上面図である。 図３に示す脊椎インプラントの右側面図である。 本発明の別の脊椎インプラントの斜視図である。 本発明の別の脊椎インプラントの斜視図である。

Claims (14)

1. 椎骨間の脊椎インプラントであって、
   骨由来の粒子を含まない、生体適合性のある荷重支持複合体を備え、前記荷重支持複合体は、０．５ｍｍから１０ｍｍの間の平均長を有する再構成された原線維コラーゲンを含み、前記荷重支持複合体は他の源からのコラーゲンを含まず、前記荷重支持複合体は、粒子状ミネラルを含み、前記粒子状ミネラルは湾曲した表面特徴を有する材料を形成し、前記荷重支持複合体は、ぬれ圧縮強度が少なくとも２００Ｎ／ｃｍ^２であり、隣接する椎骨間に移植されるように寸法設定され構成された本体を提供し、前記本体は、前記椎骨の一方に摩擦係合するように構成された上部表面と、前記椎骨の他方に摩擦係合するように構成された下部表面と、前記本体の少なくとも１つの開口とを含み、前記開口は骨形成材料を受けるように構成され、前記荷重支持複合体は圧縮されず、前記荷重支持複合体は少なくとも１５：１のミネラルとコラーゲンの重量比を有し、また、少なくとも１ｇ／ｃｍ ^３ のかさ密度を有する、脊椎インプラント。
2. 前記粒子状ミネラルは合成セラミックを含む、請求項１に記載の脊椎インプラント。
3. 前記合成セラミックはリン酸三カルシウムを含む、請求項２に記載の脊椎インプラント。
4. 前記合成セラミックは二相性リン酸カルシウムを含む、請求項３に記載の脊椎インプラント。
5. 前記二相性リン酸カルシウムは、リン酸三カルシウムとヒドロキシアパタイトの重量比が５０：５０〜９５：５である、請求項４に記載の脊椎インプラント。
6. リン酸三カルシウムとヒドロキシアパタイトの前記比が８０：２０〜９０：１０である、請求項５に記載の脊椎インプラント。
7. リン酸三カルシウムとヒドロキシアパタイトの前記比が８５：１５である、請求項６に記載の脊椎インプラント。
8. 前記上部表面および下部表面は、隣接する椎骨と摩擦係合するように前記複合体に形成された突起を含む、請求項１に記載の脊椎インプラント。
9. 前記突起は、歯、鋸歯、および／または溝を含む、請求項８に記載の脊椎インプラント。
10. 前記複合体は、２００Ｎ／ｃｍ^２ 〜２０００Ｎ／ｃｍ^２の圧縮強度を示す、請求項１に記載の脊椎インプラント。
11. 前記複合体は強化フィラメントも含む、請求項１に記載の脊椎インプラント。
12. 前記強化フィラメントはコラーゲン糸を含む、請求項１１に記載の脊椎インプラント。
13. 前記本体は、医用送達器具に取り付けられるように構成された少なくとも１つの開口を含む、請求項１に記載の脊椎インプラント。
14. 前記複合体のかさ密度は少なくとも１ｇ／ｃｍ^３ から２ｇ／ｃｍ ^３ である、請求項１に記載の脊椎インプラント。

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