JP4875712B2 - 椎間板インプラント - Google Patents

Description

本発明は脊椎インプラントの分野に関する。本発明のインプラントは、椎体との融合、及び正しい解剖学的位置での脊椎の安定化を与える。本発明は、連結手段を介して可撓接続される２つの椎間部材（inter-vertebral elements）から成る、人工椎間板置換術(total disc replacement）用の改良型椎間板インプラント（disc implant：ディスクインプラント）に関する。術後、上記２つの椎間部材の相対的な可動性は、インプラント付近、具体的には骨架橋部（osseointegrative sections）付近で起こる骨の内部成長によりこれらの部材の互いに対する可動性が次第に低減するため、経時的に低減する。最終的に、これらの部材の固定は、患者の動きが影響する位置、したがって、患者にとって受け入れ易い位置で行われる。

本願に挙げらている特許文献及び非特許文献は全て同様に、それらの全体が参照により本明細書に援用される。

背中の痛みは成人における主要な問題である。背中の痛みにはいくつかの原因があり、その中には手術を必要とするものもあるであろう。腰痛は椎体の変位、及び脊椎の腰椎部位の中間の椎間板の変位により引き起こされる場合があり、特にＬ４〜Ｌ５、Ｌ５〜Ｓ１の部位で被りやすい。保存的治療が功を奏さない深刻な疼痛のある患者にとって、固定術（fusion surgery）が選択肢となり得る。脊椎固定術（或る椎骨を別の椎骨へ融合すること）は多くの場合、痛みを伴う可動部（painful motion segment）での動きを低減してその可動部に関連する痛みを減らすために行われる。このような異常且つ痛みを伴う動きは、有痛性椎間板（椎間板性疼痛又は退行性椎間板変性症（discogenic pain or degenerative disc disease））、脊椎の異常なすべり及び動き（abnormal slippage and motion of the vertebra）（脊椎すべり症又若しくは脊椎分離症）、又は他の変性脊椎疾患（例えば椎間関節変性（facet joint degeneration）が挙げられるがこれに限定されない）によって引き起こされる可能性がある。さらに、脊椎固定は、特定のいくつかの骨折（fractures：損傷）、感染、腫瘍、及び脊椎変形（例えば側弯）等、過度の脊椎不安定性を引き起こすあらゆる疾患に対して指示されることができる。

いくつかの治療方法が既知であるが、それらの種々の方法は全て不都合点を伴うため、さらなる改良が望まれている。

脊椎後側方固定術(ＰＬＦ)の際、グラフトが脊椎の後側方部に設置される。椎体間固定術（Interbody surgeries）は、前又は後ろから行うことが可能であり、したがって、後方腰椎椎体間固定術（ＰＬＩＦ）（Posterior lumbar interbody fusion）、経椎間孔腰椎椎体間固定術（ＴＬＩＦ）（Transforaminal lumbar interbody fusion）、及び前方腰椎体間固定術（Anterior lumbar interbody fusion）（ＡＬＩＦ）といわれている。種々の形式の手術は、２つの椎骨間の椎間板を取り除くこと、及び、２つの椎体間に形成されているスペースに骨を挿入することを含む。後方固定術（Posterior surgery）により満足の行く成果が得られるが、ＡＬＩＦ、ＴＬＩＦ、又はＰＬＩＦによって達成することができるような前方支持（anterior column support）を加えることによって成果をさらに高めることが求められている。固定術を組み合わせた手技（combined fusion procedures）は一般に、全周性固定術（Circumferential fusion）として定義される。後方安定化が必要とされるこれらのタイプの手術は不都合なことに、もっぱら前方固定術（anterior surgery）に比して回復に長い時間を伴う。

さらに用いる技法では、椎間板（invertebra disc）の代わりに、上方及び下方の椎体に固定されるインプラントが用いられる。術後、骨の組織がインプラント付近で成長することで椎体との融合が得られる。

椎体の位置は術中に用いる固定法（the fixation）によって、又は、或る程度、用いるインプラントの設計によって確定される。現在、３つのタイプの人工椎間板置換術（ＴＤＲ）インプラントが用いられている。非拘束型設計は、生理学的に可動な瞬間回転中心（instantaneous axis of rotation）（ＩＡＲ）を与えやすく、ゆえに生体内（ｉｎ ｖｉｖｏ）でより広範な範囲の動きを示すため、いくつかの利点を有するものと考えられる。それらの設計に拘束がないことにより、可撓性端及び伸張端での椎間関節又は関節包靭帯（capsuloligamentous）の負担を阻止することができる。さらに、ＩＡＲは可動であるため、インプラント配置の際の小さなエラーに対する感度は低いであろう。その一方、拘束型装置は、せん断荷重から後方部材を保護する際に利点を有すると考えられる。脊椎のかなりの程度のせん断荷重が日常生活動作の際に起こる。第３の群のインプラントは、例えばＰｒｏｄｉｓｃ（Maverick and Flexicore）などの半拘束型インプラントを特徴とし、これが現用されている。

一般に、融合には骨の成長が起こる（場合によっては数ヶ月（３〜６ヵ月）かかる可能性がある）まで安定化が必要とされるため、椎間板インプラントの位置は術中に確定される。この位置が正しくなければ、手術は不十分であるか又は隣接椎間板の歪によって二次的影響さえ生じることになるであろう。次の手術が前の手術によって複雑となる。

本発明は、脊椎手術において使用する椎間板インプラント、及び当該椎間板インプラントを使用する脊椎手術の方法を提供する。本発明による椎間板インプラントは、椎間板インプラントの部材の初期の相対的な動きが骨の内部成長及び互いに対する椎間部材のその後の固定により経時的に低減するため、経時的に部材の固定を可能にする。

手術の不成功は、場合によっては、次善の位置でのインプラントの融合／固定に起因するものであろう。このことは、融合／固定の位置が、術中（この際、患者が主に起立姿勢又は着座姿勢である起きている時間中にとる位置とは異なる位置に背中がある）に確定されることに起因するであろう。

これを考慮するため、本発明による椎間板インプラントは、椎間板インプラントの部材の相対的な動きを可能にする。このことは、術後の或る期間、椎間板インプラントの部材が互いに対して可動となるだけでなく、インプラントが、骨の内部成長への刺激的な影響によって適した期間内で骨の内部成長によって固定されることになることを意味する。この一時的な可動期間により、患者の生活／動きが影響する位置で固定を行うことが可能となり、したがって、固定位置は患者の自然な姿勢位置により近くなるため、回復が成功する見込みが高まる。

本発明の一態様は、人工椎間板置換術用の椎間板インプラントであって、
第１の外側融合面及び内側連結面を有する第１の椎間部材と、
第２の外側融合面及び内側連結面を有する第２の椎間部材と、
上記第１の椎間部材と上記第２の椎間部材を接続する連結手段とを備え、
第１の椎間部材及び第２の椎間部材はそれぞれ、当該第１の椎間部材及び当該第２の椎間部材の互いに対する経時的な固定を可能にする骨架橋部を有し、
当該インプラントの上記第１の椎間部材及び上記第２の椎間部材は、挿入後少なくとも１日間、相対的に可動のままであり、当該インプラントは挿入後１２ヶ月未満で固定インプラントに変わる、椎間板インプラントに関する。

好適な一実施の形態では、インプラントは１ヵ月後に７５％固定される。

骨の内部成長を可能にすると共に導くようにするために、第１の椎間部材及び第２の椎間部材の骨架橋部がいくつかの開口又は切込を有することが好適であろう。より好適であるのは、第１の椎間部材及び第２の椎間部材が連結手段を介して互いに係合するとそれらの開口が互いに対向する、本発明の実施の形態である。かかる構成は、挿入後のインプラントの部材の経時的な固定に最適である。

十分な安定性又は忍容性のある椎間板インプラントを有するために、椎間板インプラントの部材は好ましくは、セラミック、ポリマー、及び／又は金属から作製される。

好適な一実施の形態では、椎間板インプラントは骨の自家移植片若しくは同種移植片等の適した材料、又はバイオセラミックス材料で充填される開口を有し、この開口により、骨の内部成長が可能になると共に促され得る。バイオセラミックス材料はヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、又はこれら２つの混合物から成る群から選択されることができる。

一実施の形態では、椎間板インプラントは少なくとも部分的にコーティングを有していてもよく、このコーティングは保護のためのものであり、また、その中に骨誘導剤又は骨形成剤を含入することによって骨の融合及び／又は骨の内部成長を促すためのものである。

本発明による椎間板インプラントは、前方挿入用、後方挿入用、又は経椎間孔腰椎椎体間固定術用とすることができる。

本発明の一態様は、椎間板インプラントを後方安定化手段によって支持することができることに関する。

他の態様では、本発明は、以下の：
椎間板インプラントの挿入であって、当該椎間板インプラントの第１の部材及び第２の部材が挿入後少なくとも１日間、相対的に可動のままであり、挿入後１８ヶ月未満で固定インプラントに変わる、挿入を含む、治療を必要とする患者を治療する方法に関する。

挿入された椎間板インプラントは、本発明による椎間板インプラントについて説明する特徴のいずれかを含み得る。本発明の方法は、前方挿入、後方挿入、又は経椎間孔腰椎椎体間固定術に関する。

本発明は、脊椎を安定化することが可能な人工椎間板置換術用の椎間板インプラントに関する。当該椎間板インプラントは、隣接椎体との融合、及び生理学的に許容可能な位置での当該椎間板インプラントの経時的な固定を促す。本発明による椎間板インプラントは、腰椎領域での挿入に用いることができる。

椎間板インプラント
本発明による椎間板インプラントは、人工椎間板置換術用の椎間板インプラントに関する。当該インプラントは概して、共に連結して椎間板インプラントを形成する２つの部材を含む。起立している個人の姿勢から見た場合、インプラントの上面及び底面を第１の外側融合面及び第２の外側融合面と呼ぶ。２つの部材の対向面は内側連結面として説明されているが、その理由は部材の連結手段がこの面に便宜上位置しているためである。連結手段は、第１の椎間部材と第２の椎間部材を接続する役割を果たす。椎間部材の連結は、上記第１の椎間部材及び上記第２の椎間部材の互いに対する動きを調整する。したがって、上記２つの椎間部材の連結は、当該部材を互いに対して強固に位置決めはしない。上記部材が連結すると、少なくとも一方の方向への当該部材のわずかな動きが可能となるものとする。

挿入後、椎間板との融合が得られるまで適した手段によって、第１の椎間部材及び第２の椎間部材のそれぞれを隣接椎間板に安定化させることができる。

本明細書における固定インプラントは、当該インプラントの部材が互いに対して可動ではないインプラントを記載する。隣接椎間板とのインプラントの融合は、椎間板インプラントの外表面で起こる。

本明細書において以下に記載するように、本発明は、椎間板インプラントの、第１の椎間部材及び第２の椎間部材の互いに対する一時的な可動性に関する。したがって、本発明によるインプラントの第１の椎間部材及び第２の椎間部材は、挿入後少なくとも１日間、相対的に可動のままであり、挿入後１２ヶ月未満で固定インプラントに変わる。

本発明の態様は、椎間板インプラントであって、
第１の外側融合面及び第１の内側連結面を有する第１の椎間部材と、
第２の外側融合面及び第２の内側連結面を有する第２の椎間部材と、
上記第１の椎間部材と上記第２の椎間部材を接続する連結手段とを備え、
第１の椎間部材及び第２の椎間部材はそれぞれ、当該第１の椎間部材及び当該第２の椎間部材の互いに対する経時的な固定を可能にする骨架橋部を有し、
当該インプラントの第１の椎間部材及び第２の椎間部材は、挿入後少なくとも１日間、相対的に可動のままであり、当該インプラントは挿入後１８ヶ月未満で固定インプラントに変わる、椎間板インプラントに関する。

形状
本発明による椎間板インプラントは、過渡安定化を可能にすると共に融合及び骨の内部成長によって長期固定を促す任意の形状を有することができる。

椎間板インプラントの形状は上から見ると、丸形、円形、楕円形、又は扁球形等とすることができる。好適な実施形態では、椎間板は、より解剖学的に許容可能な形状を椎間板に与える凹部を有する。その場合、椎間板インプラントは凹部が椎間板インプラントの後面に位置するそら豆形状の外周を有するものとすることができる。凹部は、椎間板インプラントの横断面の外周の例えば１／３未満又は１／４未満等、椎間板インプラントの横断面の外周の半分未満とすることができる。凹部を有する実施形態は図１〜図５に示す。

椎間板インプラントは、後方固定術又は前方固定術用、好ましくは、術後の回復にかかる期間がより短くなり得る、前方固定術用に設計することができる。代替的に、当該インプラントは経椎間孔腰椎椎体間固定術用に設計してもよい（図５）。

当該インプラントはさらに、第１の外側融合面及び第２の外側融合面上に位置する、インプラントの回転防止用のキールを備え得る（図２を参照）。

連結手段
第１の椎間部材及び第２の椎間部材の連結手段は、第１の椎間部材及び第２の椎間部材の互いに対するわずかな動きを可能にするものとする。連結手段は好ましくは、第１の椎間部材及び第２の椎間部材の内側連結面に位置する。

連結手段は、２つの部材を係合させるのに適した湾曲面とすることができる。第１の内側連結面は突起を有し、第２の内側連結面は第１の内側連結面の上記突起を受け入れるのに適した凹状へこみ／くぼみを有し得る。したがって、連結手段は第１の内側連結面でのフランジ部と、第２の内側連結面に位置する上記突起を受け入れるスロットとで形成され得る。代替的な連結手段は「ボール及びソケット構成」を特徴とし得る。連結手段の位置は入れ換えてもよく、したがって、上記フランジ及び上記スロットは上記両部材のいずれかに位置し得ることを理解されたい。他の実施形態では、上記連結手段は、上記第１の椎間部材と上記第２の椎間部材との間に位置するボール又はプレート等の第３の部材を有していてもよく、上記両部材は双方ともかかるボール又はプレートを受け入れるのに適したスロットを有し得る。

椎間部材の内側連結面で形成される領域／容積部は、インプラントの連結ゾーンと呼ぶことができる。

椎間板インプラントの一時的な可動性を得るために、上記第１の椎間部材及び上記第２の椎間部材の連結では、剛性な椎間板インプラントは形成されない。いくつかの図に示すように、内表面の連結は、少なくとも１つの方向への第１の部材及び第２の部材の互いに対する動きの余地をいくらか残す。

大きさ
一実施形態では、椎間板インプラントの外周は、椎体（the corpus）の外周よりも小さく、特に、椎体の底面はその前面側がインプラントに比して突出しているものとする。椎体はインプラントの縁を少なくとも０．２ｍｍ、例えば０．４ｍｍ、例えば０．６ｍｍ超えて突出することが好ましい。より好ましくは、インプラントの外周縁から椎体の縁までの距離は多くとも５ｍｍ、例えば２ｍｍ、例えば１．５ｍｍ、例えば１．０ｍｍである。

かかる構成は、骨の組織が椎間部材の内表面の縁で接合する際に、椎間板インプラントの側面での骨の成長、及びその後の上記両部材の固定を促し得る（下記参照）。

材料
本発明による椎間板インプラントは、埋め込みに適した任意の材料とすることができる。したがって、当該インプラントは、セラミック、ポリマー、及び金属から成る群が挙げられるがこれらに限定されない群から選択される、１つ又は複数の材料から構成され得る。好適には金属及びセラミックである。材料（複数可）は、インプラントへの処理前及び／又は処理後に、ガラス質状態、ゴム状態、半結晶状態、又は結晶状態とすることができる。

一実施形態では、インプラントは、ステンレス鋼、コバルトクロム、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、形状記憶合金（例えばＮｉＴｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及び白金（Ｐｔ）が挙げられるがこれらに限定されない群から選択される、金属又は金属合金から構成される。好適な金属及び金属合金は、チタン、タンタル、チタン合金、及びコバルトクロム、並びにそれらの合金である。コバルトクロムは例えば、ＣｏＣｒＭｏ合金とすることができる。チタン合金は例えば、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖとすることができる。ステンレス鋼は例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、特に３１６型及び３１６Ｌ型、並びにＮｉを含有しないステンレス鋼とすることができる。

遷移金属等の金属を椎間板インプラントに用いてもよい。特に、耐腐食性であるタンタル（Ｔａ）が考えられる。タンタルは、体液の作用に総じて影響されないと共に刺激性がないという理由からインプラントに非常に有用である。次善の遷移金属ではチタンが好ましく、チタンは同様に非常に耐腐食性であり、高い剛性を有し、且つ生理学的に不活性である。チタン及びタンタルは骨架橋部に対し格別な能力を有する。さらに、これらの金属の椎間板インプラントの位置は従来の光診断法（photo diagnostic methods）によって簡単に分析される。

セラミックは、生体不活性セラミックス（アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４））、生体活性セラミックス（ヒドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）及びバイオガラス）、及び再吸収性セラミックス（リン酸カルシウムセラミックス、例えばリン酸三カルシウム、Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）が挙げられるがこれらに限定されない群から選択され得る。

アパタイトはリン酸鉱物の群であり、通常、結晶格子中のＯＨ−イオン、Ｆ−イオン、又はＣｌ−イオンの高濃度にちなんで、それぞれ、ヒドロキシアパタイト、フルオロアパタイト、及びクロロアパタイトと呼ばれる。ヒドロキシアパタイトは、歯牙エナメルの主な成分であり、骨材の大部分の成分である。ヒドロキシアパタイトは、式Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３（ＯＨ）を有するカルシウムアパタイトの天然発生形であるが、通常、結晶単位格子が２つの分子を有することを示すためにＣａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２と表記される。ヒドロキシアパタイトは、レシピエントによって受け入られ易く、骨の内部成長をかなり促す。

リン酸カルシウム系セラミックスの大半は結晶性物質である。結晶は高温で熱処理を受け、焼結してバイオセラミックス材料を生成する。化学的に、結晶はヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、又はこれら２つの混合物である。結晶は粉末、顆粒、多孔、又は無孔のブロックとして供給される。

リン酸三カルシウムはヒドロキシアパタイトよりも多孔性であり、１０〜２０倍早く生分解する。焼結温度もまた、完成製品の動作に影響を及ぼす。すなわち、製造条件に応じて、リン酸三カルシウムは、数ヶ月以内で完全に再吸収されるか、又は生体再吸収性によって取り除かれるのに数年かかるであろう。体内では、リン酸三カルシウムはヒドロキシアパタイトに部分的に転換され、さらにゆっくりと生分解する。

一実施形態では、再吸収性セラミックス顆粒、再吸収性リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）系セラミックス顆粒等の人工骨材が好適である。他の好適なセラミックはアルミナ及びジルコニアである。

当該インプラントはさらに、骨の融合を促すのに非常に十分なガラス質の熱分解炭素から作製されてもよい。

ポリマーは、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、ポリ無水物、ポリオルトエステル、ポリ（Ｄ、Ｌ−乳酸）、ポリ（ラクチド−コ−グリコリド）（ＰＬＧＡ）、ポリ−Ｄ、Ｌ−乳酸−ポリ（エチレングリコール）、ポリホスフェート、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリアクリルアミド、ポリ（エチレン−コ−酢酸ビニル）、及びポリ（メタクリル酸）が挙げられるがこれらに限定されない群から選択されることができ、好適なポリマーは、ＰＬＡ、ＰＧＡ、及びＰＬＧＡである。

当該インプラントは、１つ又は複数の適した材料から作製されてもよい。一実施形態では、インプラントは上述の材料の少なくとも１つから作製される。他の実施形態では、インプラントは少なくとも２つの異なる材料から作製される。いずれか一方の材料がインプラント全体の総容積の例えば１〜９０パーセントを構成し得る。もう一方の材料がインプラント全体の総容積の１〜１０％、例えば１０〜２０％、例えば２０〜３０％、例えば３０〜４０％、例えば４０〜５０％、例えば５０〜６０％、例えば６０〜７０％、例えば７０〜８０％、例えば８０〜９０％を構成し得る。インプラントの部材は、再吸収性セラミック材料の層によって囲まれた金属の中心コアを含み得る。

椎間板インプラントの材料の弾性は、骨の弾性と同様の程度を有することが好ましい。

１つ又は複数の部材又は部材の一部を、機能を最適にするために特定の材料のコーティング層で被覆してもよい。

コーティング
当該インプラントのコーティングは、埋め込み時に、及び埋め込み後の或る期間に、体液（例えば血液）からインプラントを保護するために行われ得る。コーティングを代替的に又は付加的に用いて、適した化合物を含めることによってインプラント付近での骨の成長を調整することができる。

一実施形態では、本明細書に記載されるインプラントは、部材の外側融合面、部材の内側連結面、又は上記部材の開口の内表面、又はそれらの各面のいずれかの部分若しくはそれらの面の任意の組み合わせの上にコーティングされ得る。好適な実施形態では、開口の内表面がコーティングされる。

コーティングはコーティング材料の少なくとも１つの層を含む。コーティング材料は任意の適した材料から選択され得る。当該コーティングは、本明細書に以下に記載するような骨誘導剤及び／又は骨形成剤（複数可）を含み得る。コーティングはさらに抗生物質を含み得る。

「コーティングされる」とは、上記コーティング材料がコーティング面の外側にだけ位置し得ることを意味する。上記コーティングの厚みは例えば１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、例えば０．２５ｍｍ未満とすることができる。

上記コーティングの厚みはインプラントの種々の表面点にもあるものとすることができる。

本発明による椎間板インプラントの１つ又は複数のコーティングは所定時間、上記部材をコーティング材料の溶液中に浸漬することによって、又はコーティング材料を用いて行われ得る。上記コーティング材料はまた、インプラント上に噴霧され得るが、別の可能性としては、ブラシによって上記コーティングを塗布することが挙げられる。

コーティング材料
一実施形態では、保護コーティングは、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、ポリ無水物、ポリオルトエステル、ポリ（Ｄ、Ｌ−乳酸）、ポリ（ラクチド（lacide）−コ−グリコリド）（ＰＬＧＡ）、ポリ−Ｄ、Ｌ−乳酸−ポリエチレングリコール、ポリホスフェート、ゼラチンスポンジと複合化したポリ（ラクチド−コ−グリコリド）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリアクリルアミド、ポリ（エチレン−コ−酢酸ビニル）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（メタクリル酸）、Ｌ−ＰＬＡ及びポリカプロラクトン（ＰＣＬ）のホモポリマー、ポリ（オルトエステル）、ポリ（無水物）のようなもの（like）、及びプソイド−ポリ（アミノ酸）から成る群から選択される材料を含む。

第２の実施形態では、上記コーティングは生物学的活性成分、例えば骨誘導剤及び／又は骨形成剤（複数可）又は抗生物質を含有する。例として、上記コーティングの中に骨誘導剤及び／又は骨形成剤を含入することにより、早期の骨形成プロセス、例えば特定の細胞クラスの走化性を誘導することができ、その一方、抗生物質の含入により、微生物感染を低減又は防止することができる。

「成長因子」として示されることもできる骨誘導剤及び／又は骨形成剤は、細胞表面上のレセプターに結合するタンパク質であり、その主要な成果は細胞遊走、細胞増殖、及び／又は分化の活性化である。多くの骨誘導剤及び／又は骨形成剤は非常に多様であり、数多くの種々の細胞型における細胞分化を促し、その一方、特定の細胞型に特有のものある。

骨誘導剤と考えられる材料は、骨形成タンパク質等の形態形成因子を含有する。形態形成因子は、未分化細胞を促して表現型的に転換することによって、組織及び器官系の発育を開始させる。

用いられ得る好適な成長因子としては、成長等の組織成長促進物質が挙げられるが、これに限定されず、分化因子としては、血小板由来成長因子（ＰＤＧＦ）、形質転換成長因子（ＴＧＦ）、酸性及び塩基性の線維芽細胞成長因子（ＦＧＦ）、インスリン様成長因子（ＩＧＦ）、骨形成タンパク質（ＢＭＰ）及びこれらの組合せが挙げられる。

一実施形態では、骨誘導剤及び／又は骨形成剤は、骨成長因子：血小板由来成長因子（ＰＤＧＦ）（ＰＤＧＦ−ＡＡ、−ＡＢ、−ＢＢ）、インスリン様成長因子Ｉ及びＩＩ（ＩＧＦ−Ｉ、ＩＧＦ−ＩＩ）、線維芽細胞成長因子（ＦＧＦ）（酸性ＦＧＦ（ａＦＧＦ）、塩基性ＦＧＦ（ｂＦＧＦ））、形質転換成長因子β（ＴＧＦ−Ｂ）（ＴＧＦ−Ｂ（ＴＧＦ−Ｂ１、２、３、４、及び５））、骨誘導タンパク質及び骨形成タンパク質（ＢＭＰ）（ＢＭＰ−１、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７、ＢＭＰ−８、ＢＭＰ−９、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１２）、上皮成長因子（ＥＧＦ）、セメント質由来成長因子（ＣＧＦ）、副甲状腺ホルモン関連タンパク質（ＰＴＨｒＰ）から成る群から選択される。好適な成長因子、或いは骨誘導剤及び／又は骨形成剤は、骨形成タンパク質（ＢＭＰ−１、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７、ＢＭＰ−８、ＢＭＰ−９、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１２）及び血小板由来成長因子（ＰＤＧＦ）（ＰＤＧＦ−ＡＡ、−ＡＢ、−ＢＢ）である。

コーティングは、例えば２個の薬剤、例えば３個の薬剤、例えば４個の薬剤、例えば５個の薬剤、例えば６個の薬剤、例えば７個の薬剤、例えば８個の薬剤、例えば９個の薬剤、例えば１０個の薬剤等、少なくとも１つの骨誘導剤及び／又は骨形成剤を含み得る。好適であるのは、コーティングが１個、２個、又は３個の骨誘導剤及び／又は骨形成剤を含む場合である。最も好適であるのは、１個又は２個の骨誘導剤及び／又は骨形成剤である。

上記コーティング材料の１つ又は複数の層がインプラント上に置かれ得る。２つ以上の層の場合、これらの層は組成が等しくとも又は異なっていてもよく、１つ又は複数の層が
骨誘導剤及び／若しくは骨形成剤（複数可）又は他の生物学的活性成分を含有し得る。

代替的に、これらの骨誘導剤及び／又は骨形成剤は、椎間板インプラントの部材を形成する材料の１つ又は複数に含まれていてもよく、ゆえに、インプラントは、上記骨誘導剤及び／又は骨形成剤の１つ又は複数を選択するように設計されることができ、それにより、骨の成長の促進が椎間板インプラントの部材によって導かれる。この椎間板インプラントは好ましくは、骨の形成を促し、その一方、破骨細胞の活動及び骨の再吸収性を阻止する。

骨架橋部
本発明の第１の椎間部材及び第２の椎間部材は、本発明にしたがって骨架橋部を含み得る。かかる骨架橋部は骨の成長を促すと共に導く能力を有する。椎間部材は隣接椎骨部材への各部材の融合のために骨の成長を促し得る。本発明による椎間部材はさらに、当該部材の互いに対する経時的な固定のために骨の内部成長を導く。これにより、椎間板インプラントの第１の部材及び第２の部材の一時的な可動性が、挿入後の或る期間内で第１の椎間部材及び第２の椎間部材の固定に変わる。したがって、骨架橋部の含入により、第１の部材及び第２の部材の互いに対する経時的な固定が可能となる。

本明細書中の固定インプラントは、上記インプラントの部材が互いに対して可動ではなく、隣接椎間板とのインプラントの融合が椎間板インプラントの外表面で起こる、インプラントを記載する。

第１の椎間部材及び第２の椎間部材の内表面及び外表面は、本発明による骨の内部成長を最適化するように設計された骨架橋部を含み得る。本明細書に以下に説明するように、骨架橋部は、上記両部材の表面の穴及び切込等の開口とすることができ、これらにより、骨の内部成長のための入口点（entry points）が与えられ得る。骨架橋部は、適した骨誘導剤及び／若しくは骨形成剤、並びに／又は骨誘導材料及び／若しくは骨形成材料を含むことができ、そのようなものとして充填されるとして言及される。

好適な実施形態では、本発明による人工椎間板置換術用の椎間板インプラントは、
第１の外側融合面及び内側連結面を有する第１の椎間部材と、
第２の外側融合面及び内側連結面を有する第２の椎間部材と、
上記第１の椎間部材と上記第２の椎間部材を接続する連結手段とを備え、
第１の椎間部材及び第２の椎間部材はそれぞれ、当該第１の椎間部材及び当該第２の椎間部材の互いに対する経時的な固定を可能にする骨架橋部を有し、
当該インプラントの上記第１の椎間部材及び上記第２の椎間部材は、挿入後少なくとも１日間、相対的に可動のままであり、当該インプラントは挿入後１８ヶ月未満で固定インプラントに変わる。

開口
一実施形態では、椎間部材は骨の内部成長に適した１つ又は複数の開口を有し、かかる開口は、骨芽細胞及び骨形成原細胞の進入を可能にすると共にその生存性を維持するのに十分に大きい。開口は本発明の椎間部材内に通っており、当該部材を介する骨の内部成長を可能にする。開口は、椎間板インプラントの部材と適合性のある任意の形状又は大きさを有し得る。本明細書中の図は、異なる大きさ及び形状の複数の穴を含む実施形態を示す（図１〜図５）。

開口は、部材を通る直線状通路を構成し得る。いくつかの実施形態では、開口の直径は図２ａ及び図２ｂに見られるように部材中さまざまであり、開口通路の直径が部材内の内隙により拡大している例を示す。

融合面の領域又は開口が占める内側連結面は、骨の十分な内部成長を促すために、少なくとも５％、例えば１０％、例えば少なくとも１５％であるものとする。好適な実施形態では、開口／穴が占める領域は好ましくは１０〜４０％、２０〜３５％である。

開口及び内隙容積は椎間板インプラント部材のバルク容積の１０〜９０％、例えば２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％、より好ましくは４０〜６０％、最も好ましくは３０〜６０％を構成し得る。

部材のバルク容積に言及する場合、連結ゾーンの容積は含まれず、上記開口の容積及び内隙容積（ある場合）を含む、個々の部材の概算容積にすぎない。

好適な実施形態では、第１の椎間部材及び第２の椎間部材の１つ又は複数の開口は、これらの部材が連結手段を介して互いに係合すると互いに対向する。かかる構成は、図１、図２、図３、及び図４に示す。この構成は、双方の椎間部材内での骨の内部成長、例えば、各外表面での椎間板インプラントの融合、及び、骨組織がこれらの椎間部材の内表面により形成される連結ゾーン内に形成されたときに、椎間板インプラント部材の互いに対するその後の固定（下記参照）を促すための最適な条件を与える。

上記部材の表面上のいくつかの小さな開口は多孔を示しており、この多孔は表面での骨の成長を促すインプラントの性能に影響を及ぼす。多孔性のレベル、孔の大きさの分散、孔の形態、及びインプラントの孔の相互連結性の度合いが骨の成長の程度に著しく影響する。骨誘導性を促す最適な孔容積は１５０〜５００である。

各部材の表面はさらに、粗いか、起伏が多いか、又は図３ｂに示すようにでこぼこしていてもよい。

切込
代替的に又は開口と組み合わせて、上記部材は外周の任意の形状の切込を有し得る（図３ａ）。切込及び開口はさらに、組み合わせてもよい（図３ｂ）。

これらの開口及び切込は、細胞が新しい骨に移動して新しい骨を形成するスカフォードを提供することによって骨伝導性を促し得る。

充填材
上記に見られるように、椎間板インプラントの部材は１つ又は複数の異なる材料から作製されてもよい。一実施形態では、充填材は、椎間板インプラントの開口／切込内に位置してもよく、それにより、充填インプラントが得られ、かかる充填材は、骨形成活動を導く且つ／又は促すか又は骨吸収を阻止するのに適した材料を含み得る。骨の自家移植片又は同種移植片を用いることができる。セラミック材料のような人工骨材が好適である。再吸収性セラミックス顆粒等の再吸収性材料がより好適であり、適した時間内で開口内での骨の形成を可能にする。当該インプラントは、本発明に従って、再吸収性セラミックス顆粒等の再吸収性材料で充填され、この再吸収性材料は適したパッケージングによって、骨の内部成長のタイミング及び程度に役立ち得る。

さらなる実施形態では、充填材は、コーティングに関して説明したように、骨誘導剤及び／又は骨形成剤（複数可）を含み得る。

一時的な可動性
本発明による椎間板インプラントは周囲の椎骨と融合することができ、特に、椎間部材の外側融合面は隣接骨との融合に適している。

本発明による第１の椎間部材及び第２の椎間部材の特性及び構成は、これらの部材の互いに対する一時的な可動性を与える。本発明による椎間板インプラントの部材は、骨伝導性を促すよう、すなわち、インプラント内を通して骨の成長を導かれるよう構成される。このような骨の内部成長により、第１の部材及び第２の部材の互いに対する相対的な固定が経時的にもたらされ、それにより、椎間板インプラントの第１の部材及び第２の部材の一時的な可動性が変位する。

挿入後数日間から数週間で、レシピエントの体位姿勢が影響する位置にインプラントが適合し、ゆえに、インプラントの骨の内部成長による固定がこの位置で起こるのであって、インプラントを挿入する外科手技の際に確定された位置では起こるのではないため、第１の部材及び第２の部材の一時的な可動性が、生理学的に許容可能な位置での椎間板インプラントの固定によって変わる。

一実施形態では、固定インプラントの形成をもたらす、第１の部材及び第２の部材の互いに対する固定は、骨の内部成長により引き起こされ、この内部成長は、椎間板インプラントの部材の骨架橋部内で主に起こることが好ましい。

一実施形態では、椎間板インプラントの第１の部材及び第２の部材の部材は、８時間以上、例えば１６時間以上、好ましくは２４時間以上、相対的に可動のままである。椎間板インプラントの部材は、少なくとも１日間、例えば２日間若しくは例えば少なくとも３日間、又はより好ましくは４日間若しくは５日間以上、相対的に可動のままであることが好ましい。特定の実施形態では、椎間板インプラント部材は挿入後１〜９０日間、３〜３０日間、例えば２５日間若しくは２０日間、可動性を維持する。

一実施形態では、椎間板インプラントは、椎間板インプラントの第１の部材及び第２の部材の相対的な可動性が、挿入後１８ヶ月未満、又は好ましくは１２ヶ月未満、より好ましくは８ヶ月未満、又はより好ましくは６ヶ月未満で互いに対して固定となる、固定インプラントに変わる。好ましくは、上記部材は挿入後３〜１２ヵ月以内、例えばより好ましくは５〜１０ヵ月以内、最も好ましくは６〜９ヵ月以内、互いに対して固定される。

本発明による椎間板インプラントの部材は、少なくとも１つの方向に互いに対して一時的に適度に可動である。

椎間板インプラントの固定は段階的なプロセスであるため、固定度又は可動度は埋め込み後に評価されるであろう。さらに、固定プロセスは異なる対象において種々の動態（different kinetics）で行われるであろうことが考えられる。

本発明による椎間板インプラントは一週間後、少なくとも６５％、７０％、好ましくは７５％、より好ましくは８０％、又は例えば８５％固定される。好適な実施形態では、椎間板インプラントは１ヵ月後、少なくとも９０％、例えば９２％、９５％固定される。

当該（インプラント）機構を後方安定化手段と組み合わせることができることは、本発明の目的である。後方安定化は、例えば椎弓根ねじ又は椎間関節ねじ又は当該技術分野に既知の任意の他の固定／安定化の方法等、可撓性（動的）、半剛性又は剛性のインプラント形態とすることができる。

処理方法
他の疾患の脊椎損傷に起因する腰痛を患っている個人は、椎間板インプラントの挿入によって緩和を得ることができる。背中の痛みは、椎間板変性症（Degenerated disk diseases）及び中央の椎間板ヘルニア（Central herniated disc）等の疾患に関連する場合もある。

本発明の一態様は、治療を必要とする患者を治療する方法であって、
椎間板インプラントの挿入であって、当該椎間板インプラントの第１の部材及び第２の部材が挿入後少なくとも１日は相対的に可動のままであり、挿入後１８ヶ月未満で固定インプラントに変わる、挿入を含む、治療を必要とする患者を治療する方法に関する。

一実施形態では、当該方法は本明細書に記載の椎間板インプラントの挿入を含む。

他の実施形態では、当該方法は前方挿入用、後方挿入用、又は経椎間孔挿入用である。

椎間板インプラントを挿入する本発明の方法はさらに、後方安定化手段と組み合わせることができる。

図１
図は、本発明によるそら豆形状の椎間板インプラントの例を示す。図１ａは、上から見た椎間板インプラント１のグラフィック図を示し、互いに直交する横断面を示し、開口、例えばこの実施形態の直線状通路６が示されている。２つの部材２の凹凸関係７が、対向部材のスロット５と係合する湾曲突起が提供する椎間板インプラントの連結手段４と共に示されている。この図はさらに、両部材の開口溝の対向位置を示す。図１ｂは、図１ａの実施形態と同様に示される本発明の一実施形態であり、ここでは、連結手段４が両部材の最短の「直径」にわたって配置されている。図１ｃは、図１ａのインプラントよりも少ない開口６を有するインプラントを示し、ここでは、連結手段４は、両部材の全長にわたっては延びていない突起／スロット構成５から形成されている。

図２
内隙容積部を有する開口を含む、本発明による椎間板インプラントの他の例を示す。両部材内を通っている溝の直径は様々であり、空隙容積部８が図２ａ及び図２ｂ双方に見られる。図２ａに示す実施形態は、図２ｂに示す実施形態とは開口６の数及び位置が異なっている。他の相違点は連結手段４の配置に見られる。これらの図はさらに、インプラントの回転防止用に、第１の外側融合面及び第２の外側融合面上に位置するキール９を示す。

図３
切込１０（図３ａ）並びに開口６及び切込１０（図３ｂ）を含む、本発明による２つの実施形態を示す。異なる連結手段４を、対向面の適したスロット／くぼみに係合する長くて細い突起（図３ａ）及び小さな円形突起（図３ｂ）によってさらに示す。図３ｂはさらに、粗い外表面１１を有する椎間板インプラントを示す。

図４
比較的多くの小さい開口に対する代替形態として、椎間部材が図４ａに示すようにより少ない大きな開口６を含んでいてもよい。他の実施形態では、開口は、人工骨等の適した材料で充填１２される（図４ｂ）。

図５
椎間部材の形状は、経椎間孔腰椎椎体間固定術（Transforaminal Lateral Interbody Fusion）用の椎間板インプラントを示す図５に見られるように種々の外科手技に最適化することができる。この図はさらに、両部材が連結手段４を含むフレームにすぎないため、開口６が占める容積を最適化し得る方法の一例を示す。

直線状通路で形成されている開口を有する、本発明によるインプラントを示す図である。 直径及び空隙容積が変化する通路で形成されている開口を有する、本発明によるインプラントを示す図である。 切込、又は開口と切込を有する、本発明によるインプラントを示す図である。 大きな開口又は充填される開口を有する、本発明によるインプラントを示す図である。 経椎間孔腰椎椎体間固定術用の本発明によるインプラントを示す図である。

符号の説明

１ 椎間板インプラント
２ 椎間部材
３ 連結ゾーン
４ 連結手段
５ 突起／スロット構成
６ 開口
７ 凹凸関係
８ 内隙容積
９ キール
１０ 切込
１１ 外表面
１２ 充填された開口

Claims (22)

1. 人工椎間板置換術用の椎間板インプラントであって、
   第１の外側融合面及び内側連結面を有する第１の椎間部材と、
   第２の外側融合面及び内側連結面を有する第２の椎間部材と、
   前記第１の椎間部材と前記第２の椎間部材の互いに対する動きを許容する、前記第１の椎間部材と前記第２の椎間部材を接続する連結手段とを備え、
   前記第１の椎間部材と前記第２の椎間部材を接続する前記連結手段は、
   突起を含む前記第１の椎間部材、及び、前記第１の椎間部材の該突起を受け入れる凹面を含む前記第２の椎間部材、
   フランジ部を含む前記第１の椎間部材、及び、前記第１の椎間部材の上記フランジ部を受け入れるスロットを含む前記第２の椎間部材、又は、
   上記第１の椎間部材と上記第２の椎間部材との間に位置するボール又はプレートを受け入れるためのへこみを有する前記第１の椎間部材及び第２の椎間部材を有し、
   前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材はそれぞれ、該第１の椎間部材及び該第２の椎間部材の互いに対する経時的な固定を可能にする骨架橋部を有し、
   前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材の該骨架橋部は、前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材の容積の少なくとも１０％を占める開口又は切込であり、及び
   該インプラントの前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材は、挿入後少なくとも１日間、相対的に可動のままであり、該インプラントは挿入後１８ヶ月未満で固定インプラントに変わる、人工椎間板置換術用の椎間板インプラント。
2. 前記連結手段は、
   突起から成る前記第１の椎間部材、及び、前記第１の椎間部材の該突起を受け入れる凹面から成る前記第２の椎間部材、又は、
   上記第１の椎間部材と上記第２の椎間部材との間に位置するボール又はプレートを受け入れるためのへこみを有する前記第１の椎間部材及び第２の椎間部材を有する、
   請求項１に記載の椎間板インプラント。
3. 前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材の互いに対する固定は、骨の内部成長によって起こる、請求項１又は２に記載の椎間板インプラント。
4. 前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材は開口を有する、前記請求項１〜３のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
5. 前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材の前記開口は、該第１の椎間部材及び該第２の椎間部材が前記連結手段を介して互いと係合すると互いに対向する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
6. 前記椎間板インプラントの前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材は、セラミック、ポリマー、及び／又は金属から作製される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
7. 前記椎間板インプラントの前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材は、金属及び／又は金属合金から構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
8. 前記開口は充填される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
9. 前記開口はバイオセラミックス材料で充填される、請求項８に記載の椎間板インプラント。
10. 前記バイオセラミックス材料は、ヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、又はこれら２つの混合物から成る群から選択される、請求項９に記載の椎間板インプラント。
11. 前記第１の椎間部材及び前記第２の椎間部材（disk elements）の少なくとも一部はコーティングされる、請求項１〜１0のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
12. 前記開口の内表面はコーティングで被覆される、請求項１１に記載の椎間板インプラント。
13. 前記コーティングは保護用である、請求項１１又は１２に記載の椎間板インプラント。
14. 前記コーティングは、１つ又は複数の骨誘導剤又は骨形成剤を含む、請求項１１又は１２に記載の椎間板インプラント。
15. 前記連結手段が突起及びへこみによって提供される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
16. 前記連結手段がボール及びソケット構成によって提供される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
17. 前記突起が長くて細い突起である、請求項１５に記載の椎間板インプラント。
18. 前記突起が小さな円形である、請求項１５に記載の椎間板インプラント。
19. 前記椎間板インプラントは後方安定化手段によって支持されることができる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
20. 前記椎間板インプラントは前方挿入用である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
21. 前記椎間板インプラントは後方挿入用である、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。
22. 前記椎間板インプラントは経椎間孔腰椎椎体間固定術用である、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の椎間板インプラント。

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