JP4917885B2

JP4917885B2 - 生体材料用途のための熱ゲル化ポリマーブレンド

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Publication number: JP4917885B2
Application number: JP2006514161A
Authority: JP
Inventors: ロウマン，アンソニー，エム．; マルコロンゴ，ミシェレ，エス．; クレモウ，アラスティア，ジェー．，ティー．
Original assignee: ドゥレクセルユニヴァーシティ; シンセスゲーエムベーハー
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: ATE464075T1; NZ543288A; EP1626799B1; WO2004098756A2; EP2060280A3; ES2340587T3; WO2004098756A3; DE602004026570D1; US7708979B2; CN1816357A; CA2523556A1; EP2060280A2; EP1626799A4; EP1626799A2; AU2004237779A1; JP2006525093A; CN1816357B; US20040220296A1; BRPI0409964A; PL1626799T3

Description

本発明は、好ましくは室温で液体であり、正常な哺乳類生理学的体温では固体ヒドロゲルである熱ゲル化ヒドロゲルに関する。好ましいヒドロゲルは、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（「ＰＮＩＡＡｍ」）及び例えばポリ（ビニルアルコール）又はポリエチレングリコールのような第２のポリマー（好ましくは親水性）のポリマーブレンドあるいはコポリマーを包含する。ヒドロゲルは、椎間板置換又は椎間板（disk）増強、創傷ケア、軟骨置換、関節置換、外科用バリア、胃腸デバイス、薬物送達、美容及び再建外科、並びに豊胸を含む各種用途を有するが、これらに限定されない。

［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２００３年４月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／４６６，８１９号（これは、その全体が参照により本明細書に援用される）の利点を主張するものである。

［発明の背景］
ヒドロゲルは、主に親水性のホモポリマー又はコポリマーから構成される三次元水膨潤性構造物である。例えば、ロウマン、エイ．エム及びペッパス、エヌ．エイ（Lowman,A.M. and Peppas,N.A.）による「制御された薬物送達の百科事典」におけるヒドロゲル（Hydrogels, in Encyclopedia of Controlled Drug Delivery)（イー．マチオウィッツ（E. Mathiowitz）著、ジョンウィリーアンドサンズ（John Wiley and Sons）、１９９９年、３９７〜４１８ページ）を参照されたい。これらの材料は、化学的又は物理的架橋の存在に起因して大部分が不溶性である。物理的架橋は、絡み合い、結晶子又は弱い結合（例えば、ファンデルワールス力及び水素結合）であり得る。架橋は、網目構造及び物理的完全性を提供する。ヒドロゲルは、各種生物医学的用途における使用に関して開示されてきた。

ヒドロゲルは、光学レンズのような物品を形成するのに使用されてきた。米国特許第４，９５４，５８７号は、乾燥状態で機械加工可能であり、且つ２５〜７５重量％の水を含有する透明なヒドロゲルを形成する、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドと、ビニルモノマーと、架橋剤との重合生成物から成るコポリマーについて開示している。米国特許第５，２９２，４１５号は、アズラクトン反応性求核表面を有するヒドロゲル、求核表面に共有結合する多官能性アズラクトン組成物及びアズラクトン基に結合する生物学的に活性な材料を含む、特に角膜プロテーゼとして使用する哺乳類身体移植片について開示している。

光学的使用のほかに、公開された米国特許出願第２００２／０，００６，５２１号は、カテーテル及び人工腎臓のような医療用デバイスにおけるヒドロゲルの使用について開示しており、ＰＣＴ出願第ＷＯ２００１／０５５７８号は、薄膜創傷包帯、皮下薬物送達デバイス及びカテーテル用コーティングにおけるヒドロゲルの使用について開示している。同様に、公開された米国特許出願第２００１／０，０２７，２９９号は、ヒドロゲルを含む、拡張バルーン及びガイドワイヤ、カテーテル、ステント、ステントグラフト、グラフト、大静脈フィルタ及びインフレーションルーメンを含む医療用デバイスについて開示している。親水性ヒドロゲルはまた、ヒト／動物の外傷性熱傷又は皮膚水泡の治療用の可撓性皮膚パッチへの組込みに関して提唱されている。例えば、米国特許第６，３４８，２１３号を参照されたい。ヒドロゲル皮膚パッチはまた、挫瘡及び小膿疱の治療に関して提唱されている。例えば、米国特許第６，４５５，０６５号を参照されたい。

ヒドロゲルはまた、それらが核自体と類似した機械的及び生理学的特性を伴って調製することができるため、ヒトにおける核置換用の有用な材料としても開示されてきた。米国特許第５，０４７，０５５号及び米国特許第５，１９２，３２６号は、１００％半結晶性ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）から構成される、髄核置換に使用するヒドロゲルについて記載している。米国特許第５，９７６，１８６号は、平衡含水率（ＥＷＣ）約３０〜約９０％を示す、親水性モノマーであるＨＹＰＡＮ（商標）又は高度に加水分解された結晶性ＰＶＡの、軽度に架橋された生体適合性ホモポリマー及びコポリマーのヒドロゲルから調製されるプロテーゼ核について開示している。ＷＯ０１／３２１００は、第２のポリマー、好ましくはポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）又はＰＶＰとポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリロニトリル）又はポリ（エチレングリコール）とのコポリマーの付加により安定化された、椎間板置換、より具体的には髄核の置換に使用する修飾ＰＶＡヒドロゲルについて開示している。

温度感受性ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）を含む相互貫入高分子網状ヒドロゲルは、比色試薬としての使用（公開された米国特許出願第２００２／０，０３１，８４１号）及び熱可逆性ポリマー粒子を浄化する際の使用（米国特許第６，１８０，３２６号）に関して記載されてきた。温度の上昇は、ＰＮＩＰＡＡｍから構成される相互貫入高分子ネットワークにおいて有意な孔径減少を引き起こすと報告されている。ツァング他（Zhang et al.） Journal of biomaterial science、２００２年、第１３（５）巻：５１１〜２５ページを参照されたい。

［発明の概要］
現在、哺乳類の選択部位へのヒドロゲルの移植に関して、数種の低侵襲性技法が存在する。通常、哺乳類における選択部位へのヒドロゲルの挿入又は移植には、外科的侵襲性手法が必要とされる。しかしながら、本発明の一実施形態では、針による経皮注入、カニューレによる挿入若しくは注入又は代替的には低侵襲性外科的手法における挿入若しくは注入により、哺乳類における選択部位でのヒドロゲルの挿入を可能とする組成物及び方法が提供される。より詳細には、本発明の一実施形態では、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（「ＰＮＩＰＡＡｍ」）と例えばポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）又はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のような第２のポリマーとの温度感受性ブレンド又はコポリマーを含み、室温（約２２℃〜約２７℃）以下で粘性液体であり、体温の直下（一般的に、約２９℃〜約３７℃）で熱転移を受けて固体ヒドロゲルを形成する溶液が、ｉｎｓｉｔｕでのゲル化ヒドロゲルの生産において有用である。一実施形態では、かかる材料は、哺乳類の選択部位へ液体として注入された後、材料が体温に温められると、体内においてｉｎｓｉｔｕで固体へと熱相転移を受けて、各種用途で有用な生体医療用移植片を形成し得る。

別の実施形態では、本発明は、熱ゲル化ヒドロゲルに関し、熱ゲル化ヒドロゲルは、注入中、好ましくは室温以下で液体であり、生理学的体温で固体である。別の実施形態では、本発明は、室温以下で液体として注入することが可能であり、生理学的体温に温められると凝固して、固体移植片を形成することが可能な注入可能ヒドロゲルに関する。注入可能ヒドロゲルは好ましくは、好ましくは室温以下で、哺乳類における選択部位において、約６ゲージ〜約２８ゲージの針により、より好ましくは約１４ゲージから約２２ゲージの針により注入することが可能である。さらなる実施形態では、ヒドロゲル溶液は、約１０℃〜約２７℃の範囲の温度で、約１ｃＰ〜約２５，０００ｃＰの範囲であり得る粘度を有することが好ましい。一態様では、本発明は、およそ室温以下で親水性であり、約２７℃以上で疎水性である第１のポリマー、及び親水性の第２のポリマーを含む。別の実施形態では、熱ゲル化ヒドロゲルは、第２のポリマーと共重合及び／又はブレンドされたポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）を含む。好ましい実施形態では、第２のポリマーは親水性である。さらに別の実施形態では、ヒドロゲルは、例えばポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）、ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）又はポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）のような第２のポリマーと共重合及び／又はブレンドされたポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）を含む。

さらに別の実施形態では、本発明は、哺乳類における選択部位へ熱ゲル化ヒドロゲルを注入することを含む、ヒドロゲルを哺乳類の選択部位へ移植する方法に関し、ここで熱ゲル化ヒドロゲルは、室温で液体として注入され、移植片材料が哺乳類における選択部位で生理学的体温に温められると、凝固して固体移植片を形成する。特定の実施形態では、熱ゲル化ヒドロゲルは、液体として脊柱における脊椎板へ注入して、髄核を置換又は増強する固体移植片を形成することができ、脊椎板の環（annulus）により保持される。ヒドロゲルは、患者の皮膚を通して脊椎板腔へ直接経皮的に注入してもよい。好ましくは、ヒドロゲルは、脊椎板の環を通して、患者の脊髄領域へ後方に挿入される針を有するヒドロゲル溶液を含有するシリンジにより送達され得る。好ましくは、ヒドロゲル溶液は、約６ゲージ〜約２８ゲージの針、より好ましくは約１４ゲージ〜約２２ゲージの針により流入し得る。一実施形態では、液体ヒドロゲル溶液は好ましくは、室温（約２２℃〜約２７℃）以下の温度で、約１ｃＰ〜約２５，０００ｃＰの粘度を有する。代替的には、ヒドロゲルは、例えばシリンジのような針を含有するデバイスにより注入されてもよく、針の少なくとも一部は、カニューレの下方に挿入され、又は代替的にはヒドロゲル移植片は、凝固されて、カニューレの下方に脊椎板腔へ挿入することができる。好ましくは、カニューレは、後方に注入され、棘の外側後方側から脊椎板環への通路を提供する。針を脊椎板環に突き刺してもよく、又は環において切開を行って、核置換移植片を挿入してもよい。代替的には、ヒドロゲル移植片は、低侵襲性外科的手法により注入又は挿入されてもよい。上記の方法を実施して、哺乳類における選択部位で、好ましくは第２のポリマーと共重合及び／又はブレンドしたポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）を含む熱ゲル化ヒドロゲルを移植してもよい。本明細書中に記載の他のヒドロゲル上記及び本明細書中の他で記載の方法により、実施してよい。

本発明の上述及び他の目的、利点及び特徴、並びに同事項が達成される様式は、好ましい且つ例示的な実施形態を示す添付の図面と併せて、以下の発明の詳細な説明を考慮して、より容易に明らかとなる。

［発明の詳細な説明］
本発明は、好ましい実施形態、特徴、特性及び例を参照して記載されるが、本発明は、かかる特定の実施形態、特徴、特性又は例に限定されず、特許請求の範囲により規定されることが理解されるべきである。一実施形態における本発明は、針による真皮を通した注入により、低侵襲性手法により、若しくは外科的手法により、哺乳類における選択部位でのヒドロゲルの挿入を可能にする新規組成物及び方法に関する。より詳細には、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）と第２のポリマーのポリマーブレンド又はコポリマーは、室温（約２０℃〜約２７℃）以下で粘性液体であり、生理学的体温（約３６℃〜約３８℃）未満の温度で熱転移を受けて、固体ヒドロゲルを形成するｉｎｓｉｔｕでのゲル化ヒドロゲルの生産に有用であることが見出された。

特定の理論により拘束されないが、ブレンドのＰＮＩＰＡＡｍは、約２７℃〜約３７℃で熱転移を受け、ＰＮＩＰＡＡｍの不溶性の性質に起因してヒドロゲルを形成し、これはより高温で絡み合うようになり、物理的架橋を形成すると考えられる。第２のポリマー上の水酸基とＰＮＩＰＡＡｍ上のアクリルアミド基との間の相互作用は、鎖間水素結合を生じ、これが材料に対して機械的強度及びさらなる安定性を付加すると考えられる。さらに、ヒドロゲルの安定化は、ポリ（ビニルアルコール）結晶子のようなさらなる物理的架橋の導入により達成することができる。

およそ室温以下で、ポリマーブレンド又はコポリマーは、親水性であり、水中に可溶化する。しかしながら、およそ２７℃以上に昇温させると、ＰＮＩＰＡＡｍ鎖は疎水性になり、ゲルと化す。第２のポリマーの鎖は好ましくは、親水性のままであり、ブレンドが大量の水を吸収することを可能にする。したがって、親水性の第２のポリマー及び疎水性ＰＮＩＰＡＡｍの組み合せが、高含水率を有する弾性ヒドロゲルをもたらす。

本発明のある特定の実施形態では、架橋剤はゲル化に必要とされない。したがって、ほとんどのｉｎｓｉｔｕゲル化材料と異なり、本発明のある特定の好ましい実施形態のヒドロゲルは、「新たな」調製技法により調製することができ、ここでヒドロゲルは、未反応の毒性モノマー又は架橋剤の浸出の懸念がなく形成される。好ましくは、本発明のポリマーは、例えば約２０℃〜２７℃のような室温で、又はより低温で、粘性液体として、哺乳類の選択部位へ注入することができる。ポリマーブレンド又はコポリマーは、移植片が例えば約３６℃〜約３８℃のような正常な哺乳類の生理学的体温に温められると、凝固して、哺乳類における選択部位でｉｎｓｉｔｕでヒドロゲル移植片を形成する。ポリマーブレンド又はコポリマーは、好ましくは正常な哺乳類の生理学的体温に近いが、それ未満のある温度で、液体又はスラリー性溶液から固体へと転移する。転移温度は好ましくは、約２７℃〜約３７℃である。架橋剤又は他の作用物質は望ましい場合があり、いくつかの実施形態では溶液に添加して、ヒドロゲルが液体から固体へ転移する温度を調整してもよい。

好ましい実施形態では、熱ゲル化系は、水溶液中のポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）と第２のポリマーのモノマーの組み合せから作製されるポリマーブレンド又はコポリマーを含む。かかる熱ゲル化系は、造影剤を任意に含んでもよい。好ましい実施形態では、本発明の熱ゲル化系は、溶液中で約４重量％〜約７０重量％、より好ましくは約４重量％〜約６２重量％、最も好ましくは約２５重量％〜約５０重量％のポリマーを含む。好ましい熱ゲル化系では、ポリマーブレンドは、ＰＮＩＰＡＡｍと親水性ポリマーを含む。より好ましくは、ポリマーブレンドは、約２５％〜約３５％のＰＮＩＰＡＡｍと約５％〜約１５％の親水性ポリマーを含む。最も好ましくは、ポリマーブレンドは、約２２％〜約３１％のＰＮＩＰＡＡｍと約４％〜約１３％の第２の親水性ポリマーを含む。本発明で使用するのに適した親水性ポリマーの例としては、例えばポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）、ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）又はポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）のような生体適合性ポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。

ポリマーブレンド又はコポリマーは、本発明の熱ゲル化系内では、水溶液中に存在する。好ましい実施形態では、熱ゲル化系は、約３０重量％〜約９６重量％、より好ましくは約３０重量％〜約７０重量％、最も好ましくは約４０重量％〜約６０重量％の水溶液を含む。ＰＶＡ／ＰＮＩＰＰＡｍブレンドの含水率は、好ましくはおよそ６２重量％〜およそ９３重量％、ＰＥＧＭＷ：４，６００／：ＰＮＩＰＡＡｍブレンドに関しては、およそ３８重量％〜およそ４５重量％、ＰＥＧＭＷ：８，０００／ＰＮＩＰＡＡｍブレンドに関しては、およそ５５％〜約８２％の範囲である。本発明の熱ゲル化系で使用するのに適した水溶液の典型例としては、水、生理食塩水溶液及び緩衝リン酸溶液が挙げられる。

本発明の第１の例示的な実施形態では、熱ゲル化系は、２つのブレンドから構成されるゲルを形成するＰＮＩＰＡＡｍと第２の親水性ポリマーの線状ホモポリマーの溶液を含む。本発明の第２の例示的な実施形態では、熱ゲル化系は、親水性鎖を含む第２のポリマーにグラフトさせたＰＮＩＰＡＡｍを含む。本発明の第３の例示的な実施形態では、熱ゲル化系は、枝分かれ状又はグラフト状構造を形成するようにＰＮＩＰＡＡｍ骨格にグラフト又は共重合させた親水性側鎖を含む第２のポリマーを含む。第４の例示的な実施形態では、本発明の熱ゲル化系は、ＰＮＩＰＡＡｍと親水性構成成分を含む第２のポリマーのジブロックポリマーを含む。さらなる第５の例示的な実施形態では、熱ゲル化系は、Ａ−Ｂ−Ａトリブロックコポリマーを含み、ここでＰＮＩＰＡＡｍが中心Ｂブロックであり、親水性ポリマーを含む第２のポリマーが外側のＡブロックである。さらに、ホモポリマー又はコポリマーの上記の例示的な実施形態のいずれかを、他のホモポリマー又はコポリマーのいずれかとブレンドしてもよい。

本発明のサーモゲル中のポリマーブレンド又はコポリマーの質量比は好ましくは、ＰＮＩＰＡＡｍ：第２のポリマーが約５００：１（ｗｔ：ｗｔ）〜ＰＮＩＰＡＡｍ：第２のポリマーが１：５００の範囲であり、好ましい範囲は、２０：１（ｗｔ：ｗｔ）〜１：２０（ｗｔ：ｗｔ）である。一般的に、ＰＮＩＰＰＡｍの量を増大させると、高温でゲル化及び凝固する溶液の能力が増大する。ＰＮＩＰＡＡｍ：第２のポリマーの好ましい比は、５〜１０％のＰＶＡ又はＰＥＧのような第２のポリマー溶液及び２５〜３５％のＰＮＩＰＡＡｍ溶液に関して、３：１、２：１、１：１、１：２及び１：３である。ＰＮＩＰＡＡｍ：第２のポリマー比のより好ましい比としては、約１：１〜約３：１（ｗｔ：ｗｔ）の比が挙げられる。ポリマー鎖又はブロックの重量平均分子量は、約１，０００Ｄａ〜約１０，０００，０００Ｄａ、好ましくは約１，０００Ｄａ〜約１００，０００Ｄａの範囲であると予測される。

代替的な実施形態では、本発明の熱ゲル化ヒドロゲルは、上述のような溶液の形態ではなくて、乾燥又は脱水状態で、哺乳類の選択部位へ注入することができる。一実施形態では、ヒドロゲルを含む乾燥固体ポリマーは、例えば脊椎板腔のような本乳類の選択部位へ直接注入することができる。代替的には、乾燥ヒドロゲル材料は、注入以外の手段により脊椎板腔内部へ挿入することができる。代替的には、又はさらに、乾燥ヒドロゲル材料は、収納（containment）デバイスへ導入され得る。続いて、収納デバイス及びその中に含有される乾燥ヒドロゲル材料を哺乳類の選択部位へ移植することができる。収納デバイスは好ましくは、半透性であり、ヒドロゲル材料を保持し、ヒドロゲル材料へ出入りする水の通路を可能にする。いずれかの実施形態では、乾燥ヒドロゲル材料は好ましくは、身体への注入時にｉｎｖｉｖｏで物理的に絡み合うようになり、好ましくは周囲の体液からの水の吸収により膨潤又は膨張する。乾燥ヒドロゲル（収納デバイスあり又はなし）は、スパチュラ、鉗子又は他のデバイスのような保持デバイスにより輸送され得る。いずれかの状況では、乾燥ヒドロゲルを移植するために、脊椎板の環において切開が必要とされ得る。挿入後、切開は、縫合される必要がある場合があり、あるいはそうでなければ移植片を保持するように閉じる必要がある場合がある。挿入の際の移植片は膨潤する場合があり、その結果、切開の縫合又は閉合が不要である場合があることが意図される。

乾燥ヒドロゲル材料は好ましくは、ＰＮＩＰＡＡＭと第２の親水性ポリマーを含む。好ましくは、第２の親水性ポリマーはＰＥＧ、ＰＶＰ又はＰＶＡを含む。乾燥又は脱水ヒドロゲル材料は、例えば、粉末、微粒子、ビーズ、顆粒、バルク材料等の形状をとることができる。好ましい実施形態では、ヒドロゲル材料が含有している収納デバイスは、折り重ねることができ、縮退した核を除去した後、開口外科手術又は低侵襲性手法のいずれかで、環上の非常に小さな枠を通して核へ移植することができる。乾燥ヒドロゲル（収納デバイスあり又はなし）は、入り口及び脊椎板への通路を提供するカニューレ又は他の開口を通じて、脊椎板腔へ輸送され得る。カニューレの尖端は、脊椎板環の外側表面の一部と接触してもよく、又はカニューレの尖端は、脊椎板環における切り口へ挿入されてもよい。

本発明の状況での収納デバイスとして使用するのに適した材料は、好ましくは使用に際して順応性であり、引裂き又は破裂に適切に耐性である。収納デバイスは、好ましくは、乾燥ヒドロゲル材料がデバイス内で少なくとも限られた範囲で自由に移動するか、又は流れるように、乾燥ヒドロゲル材料と実質的に結合しない材料から形成される。収納デバイスは、例えば、膜、可撓性カバー、エンベロープ、嚢又は袋の形態であってもよく、好ましくは水及び体液に対して透過性である。透過性の度合いは、水又は他の体液の拡散の役割、したがってヒドロゲルポリマー材料による吸収の速度及びヒドロゲルの膨張を制御するように、当業者が選んでもよい。収納デバイスを形成するのに適した材料としては、織材料、編組材及び不織材料（これらは、線維状又は非繊維状であってもよい）（例えば、プラスチックフィルムのようなもの）が挙げられるが、これらに限定されない。収納デバイスは、単一層から構成されてもよく、あるいは収納デバイスは、多層的であってもよい。さらに、収納デバイスは、弾性材料又は強化線維複合材料構造のさらなる層のような強化手段で補強してもよい。

収納デバイスを形成するのに適切な例示的な材料としては、ポリエチレン類（これは、超高分子量ポリエチレンであってもよい）、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエステルウレタン、ポリエステル／ポリオールブロックコポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロ−エチレンポリエステル、ナイロン、ポリスルファン類、セルロース材料及びそれらの組み合せが挙げられるが、これらに限定されない。好ましい実施形態では、収納デバイスは、水透過性又は半透性膜を含む。脊椎板核プロテーゼにおいて使用するのに適していると言われている水透過性膜材料は、米国特許第５，１９２，３２６号（これは、参照により本明細書中に援用される）に開示されている。本発明の熱ゲル化ヒドロゲルは、その脱水又は乾燥形態である場合、任意の適切な技法により哺乳類の選択部位へ導入することができる。好ましくは、上記技法は、低侵襲性である。一実施形態では、乾燥ポリマーヒドロゲル材料が存在している収納デバイスは、可撓性膜又はカバー（例えば、嚢又は袋のような）の形態で脊椎板核腔へ導入され、それらは、環線維における開口又は切開（これらは、外科医によりなされ得るか、又は線維の損傷又は老化によりすでに露出している）により、その非拡張又は部分的拡張状態で、折り重ねられ得るか、包み込まれ得るか、又はそうでなければ詰め込まれ得る。

収納デバイスは、望ましくはある程度拡張されると、天然の脊椎板髄核の形状に概して順応している形状を採択するように設計される。一実施形態では、乾燥ヒドロゲルポリマー材料は、弁を通じた注入により収納デバイスへ導入することができる。これは、皮下シリンジを用いて実施することができる。代替的には、乾燥ヒドロゲルポリマー材料は、収納デバイスが、例えばエンベロープ、袋又は嚢の形態をとる場合に収納デバイスの内部に単に入れられる。

さらに、本発明の熱ゲル化系は、造影剤を任意に含んでもよい。造影剤を含むことにより、使用者は、サンプルが体内へ注入される場合にサンプルを撮像（image）することが可能となり、それにより移植された材料はＸ線下で可視化され得るため、移植されたヒドロゲルの適正な配置を助長する。造影剤は好ましくは、最大約２５重量％の量で、本発明の熱ゲル化系に含まれ得る。好ましい実施形態では、熱ゲル化系は、約２重量％〜約２５重量％、より好ましくは約７重量％〜約１５重量％の造影剤を含む。特に好ましい実施形態では、熱ゲル化系は、約１１重量％の造影剤を含む。本発明で使用するのに適した典型的な造影剤としては、硫酸バリウム、ヨウ素、又は外部結像（external imaging）下で必須の放射線不透明度を提供する任意の重金属粉末が挙げられる。造影剤は、熱ゲル化系が、液体相の状態で存在している間に、その系に添加され、その中で混合され、好ましくは溶液中で均一な分布を得る。

本発明のヒドロゲルは、いったん凝固すると、ヒドロゲルを哺乳類における移植に適したものとする機械的並びに生体適合性特性を示し得る。かかる移植片は、創傷ケア、脊椎板置換又は増強、軟骨置換、関節置換、外科用バリア、胃腸デバイス、美容及び再建外科、並びに豊胸を含む各種用途で有用であるが、これらに限定されない。したがって、本発明はさらに、ヒドロゲルを哺乳類の選択部位へ移植する方法であって、哺乳類における選択部位へ、第２のポリマーと共重合及び／又はブレンドしたポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）を含む熱ゲル化ヒドロゲルを注入することを含み得る方法に関する。熱ゲル化ヒドロゲルは、室温で液体として、哺乳類における選択部位へ注入され、ヒドロゲルが哺乳類における選択部位で、生理学的体温に温められると、凝固して固体移植片を形成する。

一実施形態では、本発明の熱ゲル化ヒドロゲルは、いったん凝固すると、適当な機械的特性並びに生体適合性を示して、ヒトを含む哺乳類における脊髄脊椎板中の髄核の置換又は増強用の有用なプロテーゼ核として役立つ。ヒドロゲルの特定の用途は、初期変性脊椎板疾患と診断されたヒトを含む哺乳類における脊髄脊椎板中の髄核の置換又は増強に有用であり得る。特定の実施形態では、脊髄脊椎板の環により形成される腔へ熱ゲル化ヒドロゲルが液体として注入されて、脊椎板の環により保持される固体移植片をｉｎｓｉｔｕで形成することができる。当業者は、標準的な顕微解剖術を用いて、粘性液体状態の本発明のポリマーブレンドを椎間板の核腔へ注入することができる。一実施形態では、ヒドロゲルは、皮膚を通して、脊椎板の環により形成される腔へ直接経皮的に注入され得る。

より好ましくは、図１に示すように、液体ヒドロゲル６０は、ヒドロゲル溶液６０を含有するシリンジ５０を用いて、脊柱２８の後方側２７から、棘突起２５を通り越して、脊椎板１０の環１５により形成される腔１７へ挿入されることができる。通常、シリンジ５０は、針５２を含有し、シリンジハウジング５４からヒドロゲル溶液６０を放出するように調節することができるプランジャ５６を使用する。図１はまた、ヒドロゲル溶液６０の注入、続くヒドロゲル溶液６０が生理学的体温に温められる際の凝固後に、脊椎板１０における造影剤６２による固体ヒドロゲルの可視化も示している。

代替的な実施形態では、ヒドロゲルは、環への接近を創出するために、脊椎板部位に至るまで患者に挿入された１つ又はそれ以上のカニューレ（又は他のデバイス）を通して注入することができる。これに関して、カニューレは、好ましくは針が脊椎板へ挿入される場所又は脊椎板環中の切開が行われる場所を使用者が可視化することができる様式で、患者の外側から脊椎板に至るまでの通路を提供する。さらに別の実施形態では、ヒドロゲルは、低侵襲性外科的手法により、哺乳類の選択部位へ注入することができる。約１０℃〜約２７℃の範囲の温度で注入される溶液の粘性は、好ましくは用途に応じて、約１ｃＰ〜２５，０００ｃＰの範囲である。一実施形態におけるヒドロゲルは、約６ゲージ〜約２８ゲージの範囲の針を有するデバイスを使用することにより注射してもよく、好ましいデバイスは、約１４〜約２２ゲージの針を含有する。本発明は、髄核の完全置換用に、又は単に損傷又は部分的椎間板切除術後の増強として使用することができる。プロテーゼ核の移植は、疼痛からの軽減を提供すること、並びに機能的脊椎板活性を提供することが期待される。

髄核置換又は増強が成功するためには、一般的に材料の生体適合性及び移植部位での適切な局所組織応答のほかに、達成されることが好ましい幾つかの機械的要件が存在する。核置換生体材料は、環線維を張るために、負荷時に環線維へ適正な張りを提供すべきであり、それにより脊椎板の生体機械的挙動を正常な椎間板の挙動へと修復させる。修復された脊椎板の生体力学は、圧縮、屈曲及びねじれにおいて、無傷の脊椎板と同様にふるまうべきである。さらに、デバイスは、時間依存的生体機械的挙動を修復させるべきであり、その結果、移植された脊椎板は、クリープ及び応力緩和において、無傷の正常な脊椎板と同様にふるまう。脊椎板における移植片の疲労は、補正手術を必要とするまで、分解することなく患者の生活に耐えることができるべきである。好ましくは、疼痛又は炎症に起因して、補正手術を必要とする脊椎板腔におけるデバイスからの相当の磨耗破片が存在すべきではない。Ｘ線による放射線不透過性が見られることが望ましい場合と望ましくない場合がある。また、核置換又は増強は、理想的には低侵襲性様式で移植されることができるか、又は経皮的に注入されることができる。

デバイスの目標を達成するために、生体材料自体は、ある特定の材料特性を示すべきである。材料は、核腔の完全な充填又は所定の圧力に対する核腔への増強又は脊椎板の高さが正常な脊椎板の生体機械的挙動の修正を成し遂げるように、弾性率及びポアソン比を有するべきである。移植片材料が環線維内部表面上で界面応力を提供できる方法の１つは、ポアソン効果によるものである。材料は、負荷時に放射状に変形することができる。ヒドロゲルファミリーのようなエラストマー材料を用いる場合、約０．３５〜約０．４９９９の範囲の比較的高いポアソン比を達成することができる。ポアソン比が高いほど、界面応力は、より高く環へ伝わることができ、潜在的に生体力学のより完全な修復を達成することができる。

移植片材料のさらなる機械的挙動が重要である。材料は、核に関して生理学的負荷レベルにまで、約１千万〜約４千万サイクルの圧縮−圧縮疲労に耐えることができるべきである。せん断疲労もまた、デバイスの存続期間中に起こり得る軸外負荷のために、重要な材料特性である。移植片材料の時間依存的挙動は、材料が一定の活動負荷（例えば、日中の立った状態又は歩行）に対して変形（creep）することができるが、デバイスの静止状態中に（例えば、患者は、負荷レベルが活動状態よりかなり低い静止状態で横たわっている間）変形から完全に又はほぼ完全に回復することができるようになされるべきである。天然脊椎板は、日周期でクリープ及び修復を受け、移植片材料がまた同様の機械的挙動を受ける場合、同様の時間枠中に存在することが重要である。材料の磨耗特性もまた重要であり、デバイスから生じる磨耗破片が存在する場合には、移植部位で又は移植部位付近で、周辺組織に対して永続的な且つ回復不能な損傷を招く許容不可能な炎症性応答を引きこさない形態で存在すべきである。

弾性率は、核置換移植片の首尾よく機能する能力に対して影響がある。完全に機能的な脊椎板に類似した圧縮生体力学は、弾性率約１０ＫＰａ〜約１０，０００ＫＰａで達成され、正常な機械的挙動は、弾性率約１０ＫＰａ〜約５，０００ＫＰａで修復される。より好ましくは、約５０ＫＰａ〜約１，５００ＫＰａの移植片弾性率が、圧縮剛性を修復するための範囲である。移植片の弾性率が環線維を張ることに影響を及ぼす閾値が存在し、その後より高い弾性率と関連した側面変形が系のさらなる剛性になんら役に立たないと意図される。

核腔の不完全な充填が、脊椎板の剛性及び脊柱におけるその性能に非常に寄与することが実験で示されている。より具体的には、高さ及び直径の変動の影響は、脊椎板の剛性に対してかなり影響がある。脱核脊椎板がその無傷の正常な直径及び高さに修復されない場合では、ヒドロゲル移植片と環との間での適正な相互作用の欠如が、機能的脊柱ユニットの限られた修復をもたらす。機能的脊柱ユニットは、脊椎板及び２つの隣接する椎骨を指す。しかしながら、脱核脊椎板がその正常な無傷の高さ及び／又は直径に完全に拡張又は修復される場合、剛性のほぼ完全な修復が観察される。脱核脊椎板をその正常な無傷の高さを上回って拡張すること、又は脱核脊椎板をその正常な無傷の直径（幅）を上回って拡張することにより、円盤の剛性のほぼ完全な修復が提供されることが実験によりさらに示された。

本発明の一態様による注入可能なヒドロゲルを用いると、脊椎板の「フィットアンドフィル」の修復は、注入されるヒドロゲル溶液の量により容易に達成される。脊椎板腔へ注入されるヒドロゲル溶液の量を変化させることにより、脊椎板のフィットアンドフィルは、手法中の各脊椎板及び各患者に対して適合することができ、これは予め形成した移植片を超える利点である。さらに、脊椎板は、脊椎板の性能を損なうことなく、本発明の注入可能なヒドロゲルで「過剰充填」されることができる。典型的な患者脊椎板へ注入され得るヒドロゲル溶液の量は、好ましくは移植片が充填されるよう意図される腔の容量に比例すべきである。かかる腔は、例えば核摘出術(nucleotomy)から創出され得る。一実施形態では、腔の容量（「腔容量」）に対する腔へ注入されるべきヒドロゲル溶液の容量（「移植片容量」）の比は、好ましくは約０．８〜約１．５である。好ましい実施形態では、移植片容量対腔容積比は、約１．０〜約１．１３であるべきである。これらの容積比は、単なる例示であり、患者のサイズ及び修復されることが必要である特定の脊椎板により変わり得る。かかる比を決定する目的で、腔の容量は、例えば、以下の方程式Ｖ＝πｒ^２ｈを用いて、腔の半径（ｒ）及び脊椎板の高さ（ｈ）から概算することができる。ジョシ他（Joshi et al.）、Society for Biomaterials，Annual Meeting、２００３年、Renoを参照されたい。

本発明のヒドロゲルが、同様に軟骨置換、形成及び再建外科並びに肥満手術又は肥満症手術を含むがこれらに限定されない多数の他の医療用途で使用することができ、ここでは小さな針又は切開により材料を導入し、続いて材料を体温で凝固させることができる能力が利点である。例えば、これらの用途のうち一番最初の用途では、低粘性ポリマー溶液を関節炎関節腔へ注入して、硝子軟骨（hyaline cartilage）における欠損を充填し得る。材料がその転移温度に温まり、凝固すると、ヒドロゲルは、欠損充填剤として作用して、さらなる軟骨損傷を阻害又は遅延することができる。形成及び再建外科では、ヒドロゲルの使用に関する指摘としては、身体各部（鼻、目、顎等）の修復及び再建並びに胸又は筋肉のような他の部分の増強、及びしわ除去に対する補助が挙げられるが、これらに限定されない。肥満手術に関しては、胃の内層への、又は胃内部に配置されたバルーンへのヒドロゲルの低侵襲性又は経皮的注入が、胃の全体的な大きさを制限するように作用することができ、飽食感及びさらなる食欲の減少をもたらす。本発明のヒドロゲルはまた、膀胱制御を増強するための泌尿器科学的（urological）手術において、及び胃腸手術においても有用であり、ここでは、例えばヒドロゲルは、食道括約筋へ注入して、胃腸逆流（gastrointestinal reflux）疾患により引き起こされる食道への損傷を低減することができる。

さらに、当業者には、本明細書中の教示に基づいて、本発明のヒドロゲルに関するさらなる外科的用途を開発することが予測される。以下の非限定的な実施例は、ヒドロゲルの実施形態を行う方法について記載するために、及び本発明の実施形態をさらに説明するために提供される。

ＰＶＡ／ＰＮＩＰＡＡｍの調製
ＰＮＩＰＡＡｍは、フリーラジカル溶液重合法により合成した。反応は、６０℃で２時間行った。重合後、メタノールを蒸発させて、得られたポリマーを真空オーブン中で一晩乾燥させた。過剰モノマーは、室温で水中に乾燥ポリマーを溶解させた後、５０℃に昇温させることにより除去した。続いて、過剰モノマーを含有する水相を廃棄した。未反応の残留モノマーがすべて除去されるまで、このプロセスを繰り返した。

ＰＶＡ／ＰＮＩＡＡｍブレンドのゲル化のスクリーニング
熱ゲル化挙動を提供するポリマー濃度の領域を規定するのを助長するために、スクリーニングの検討を実施した。最初に、５、１０及び１５％（ｗ／ｖ）のＰＶＡ水溶液、並びに１５、２５、３５及び４５％（ｗ／ｖ）のＰＮＩＰＡＡｍ溶液を創出した。１：１、１：５及び１：１０の容積比で、ＰＶＡ溶液とＰＮＩＰＡＡｍ溶液を併用した。２つの溶液を混合して、室温で混和性溶液を形成した。生理学的温度でのゲル化挙動を表１に示す。続いて、ヒドロゲルの外観を固体（Ｓ）、半固体（ＳＳ）又は液体（Ｌ）に分類した。固体（Ｓ）の名称は、固体状態のままである材料に使用され、手持ち式の研究室用スパチュラで圧力（およそ１〜２ポンドの力）をかけた時に液体を押し出さなかった。半固体（ＳＳ）の名称は、一部が固体であり、且つ一部が液体である３７℃で２相挙動を示す系に使用された。液体（Ｌ）の名称は、液体の状態のままであるサンプル、すなわち溶液又はスラリーとして存在したままのサンプルに使用された。

ＰＥＧ／ＰＮＩＰＡＡｍブレンドのゲル化特性のスクリーニング
ＰＥＧ分子量４，６００を用いる場合、５、１０、２５及び５０％（ｗ／ｖ）のＰＥＧ溶液、並びに２５及び３５％（ｗ／ｖ）のＰＮＩＰＡＡｍ溶液を用いて、またＰＥＧ分子量８，０００を用いる場合、５、１０及び２５％（ｗ／ｖ）のＰＥＧ溶液、並びに２５及び２５％（ｗ／ｖ）のＰＮＩＰＡＡｍ溶液を用いて、同様のゲル化スクリーニングを実施した。１：１及び２：１の容積比で、ＰＥＧ溶液とＰＮＩＰＡＡｍ溶液を併用した。生理学的温度でのゲル化挙動を表２及び表３に示す。

ＰＮＩＰＡＡｍグラフト状ＰＥＧポリマーのゲル化スクリーニング
ＰＮＩＰＡＡＭグラフト状ＰＥＧは、ＮＩＰＡＡＭ及びＰＥＧモノメタクリレート（ＰＥＧＭＡ）の溶液重合により調製した。様々な比のモノマーを用いて、ポリマーを調製した。水中の２５、３０及び５０％（ｗ／ｖ）の溶液を室温で調製した。生理学的温度でのゲル化挙動を表４に示す。

ＰＮＩＰＡＡｍ枝分かれ状ＰＥＧポリマーのゲル化スクリーニング
ＰＮＩＰＡＡＭ分岐状ＰＥＧは、ＮＩＰＡＡＭ及びＰＥＧジタクリレート（ＰＥＧＤＭＡ）の溶液重合により調製した。様々な比のモノマーを用いて、ポリマーを調製した。水中の２５、３０及び５０％（ｗ／ｖ）の溶液を室温で調製した。生理学的温度でのゲル化挙動を表５に示す。

ＰＥＧ−ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧトリブロックポリマーのゲル化スクリーニング
ＰＥＧ−ＰＮＩＰＡＡＭ−ＰＥＧトリブロックは、モノメトキシ末端ＰＥＧ及び二官能性（ＣＯＯＨ末端）ＰＮＩＰＡＡｍを用いて調製した。３つの分子量（低、中、高）でＰＮＩＰＡＡｍを合成した。トリブロックの溶液は、室温で水中に３０及び５０％（ｗ／ｖ）の濃度で調製した。生理学的温度でのゲル化挙動を表６に示す。

ヒドロゲルの応力−ひずみ試験
例示的な実施形態では、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）（ＦＷ＝１１３．１６ｇ／ｍｏｌ）は、ヘキサン中に溶解して、約３０分間５５℃に加熱することにより精製した。続いて、モノマーが結晶化するまで、溶液を５℃の冷蔵庫中に入れた。次に、モノマーを濾過して、秤用ボートに入れて、真空下で一晩乾燥させて、溶媒を除去した。

次に、精製したＮＩＰＡＡｍを、メタノール溶媒中で、ポリ（エチレングリコール）モノメチルエーテルモノメタクリレート１０００（ＰＥＧＭ１０００、ＦＷ＝１１００．０６ｇ／ｍｏｌ）又はポリ（エチレングリコール）ジメタクリレート１０００（ＰＥＧＤＭ１０００、ＦＷ＝１１５４．０９ｇ／ｍｏｌ）のいずれかと２００：１の重量比（ＮＩＰＡＡｍ２００グラム／官能基化したＰＥＧ１グラム）として重合させた。反応は、２，２−アゾビスイソブトリロニトリル（ＡＩＢＮ、ＦＷ＝１６４．２１ｇ／ｍｏｌ）を用いて、精製ＮＩＰＡＡｍ対ＡＩＢＮの重量比１３．６：１で開始させた。反応混合物をおよそ３分間、Ｎ_２でバブリングした後、６５℃で２時間加熱した。２時間後、反応混合物を浴槽から取り出して、冷蔵庫中で急冷した。続いて、反応混合物をフード中で一晩攪拌して、メタノール溶媒を蒸発させた。次に、乾燥させたポリマーを微細粉末へと粉砕した。

メタノールをポリマーから除去した後、ポリマーを、脱イオン（「ＤＩ」）水中で完全に溶解させ、およそ２０分間３７℃に（その下部臨界溶液温度（「ＬＣＳＴ」）を上回って）加熱することにより精製した。次に、沈殿させたポリマーを溶液から取り出して、秤用ボート中で一晩乾燥させて、水を除去した。ポリマーを真空オーブン中で約４８時間さらに乾燥させた。

続いて、乾燥させたポリマーを微細粉末へと粉砕した。ＤＩ水を粉末に添加して、２５％水溶液を創出した。溶液をボルテックス混合して、約４８時間静置させた。

溶液を直径１４．５ｍｍの環状リングへ注ぎ、リングを３７℃に加熱して、溶液中のポリマーを沈殿させた。成形されたヒドロゲルを５〜１０分後にリングから取り出して、３７℃で２４時間、ＤＩ水中で膨潤させた後、機械的試験を行った。

非拘束圧縮
５０−Ｎ荷重セル及び３７℃水浴を取り付けたＩｎｓｔｒｏｎ機械的試験システム（Ｉｎｓｔｒｏｎモデル４４４２、マサチューセッツ州カントン）を用いて、シリンダーを圧縮した。サンプルは、ひずみ速度１００％／分で圧縮した。ＩｎｓｔｒｏｎシリーズＩＸソフトウェアを用いて、荷重及び変位のデータを２０ポイント／秒で記録した。このデータを、サンプルの初期寸法を用いてマイクロソフトエクセルで応力値及びひずみ値に変換した。各ヒドロゲルサンプルに関するタンジェント圧縮弾性率を１５、２０及び２５％のひずみで算出した。１０〜２０％、１５〜２５％、２０〜３０％の応力／ひずみ曲線の平均勾配は、それぞれ１５、２０及び２５％のひずみでのタンジェント勾配に等しいと仮定した。

拘束圧縮
拘束圧縮試験は、Ｉｎｓｔｒｏｎ機械的試験システム（モデル４４４２、マサチューセッツ州カントン）に、拘束試験構造用（Configuration）５０−Ｎ荷重セル及び３７℃水浴を取り付けることにより実施した。サンプルは、ひずみ速度１００％／分で圧縮した。３１６ステンレス鋼から構成される円筒形プランジャーは、ゲルが直径１１．７ｍｍを有する高密度ポリエチレンリングに拘束された場合に、ゲル上に圧縮された。リングは、その剛性がそれを取り巻くポリマーサンプルの剛性より高い大きさである場合に、効果的に硬質であると仮定された。ＩｎｓｔｒｏｎシリーズＩＸソフトウェアを用いて、荷重及び変位のデータを２０ポイント／秒で記録した。このデータを、サンプルの初期寸法を用いてマイクロソフトエクセルで応力値及びひずみ値に変換した。拘束圧縮弾性率は、初期トーイン領域（０．００１ＭＰａ未満）を除去した後に、最終的に線形領域における応力−ひずみ応答の勾配として測定した。勾配は、サンプルが確実に拘束されるように、０．１５ＭＰａを超える曲線中のデータ点で（荷重セルの荷重限界に到達する直前）で測定した。

結果
非拘束試験は、試験した各ポリマーに関する超弾性応答を示した。非拘束圧縮におけるゲルの典型的な応力／ひずみ応答を図解１に示す。

この研究で試験したポリマーに関する非拘束圧縮弾性率の値（図解２）は、１５％、２０％及び２５％のひずみの大きさでは同様であった。誤差棒は、±１標準偏差を表す。

拘束圧縮試験は、図１に示すように劇的に異なる応力／ひずみ応答をもたらした。より大きなポリマー間隙内の未結合水がいったんゲルから押し出されると、ポリマーの拘束は、軸方向荷重セルにより測定される応力を劇的に増大させた。このことが発生する場合のひずみは、ポリマー網目の圧縮性に依存した。不正確なポリマー容量測定及びシリンダーアスペクト比（高さ／直径）のような外因性の特性もまた、荷重が荷重セル（５０Ｎ）により支配される限界に到達する場合、拘束が行われる場合のひずみの大きさ及び応力／ひずみ曲線の勾配に多大な影響を及ぼすようであった。これらの実験から算出された拘束圧縮弾性率の値を図解３に示す。ＰＥＧ枝分かれを有するＰＮＩＰＡＡｍ（ＰＥＧＤＭ１０００を用いた反応）から構成されるポリマーは、ＰＥＧつなぎ鎖を有するＰＮＩＰＡＡｍを含有するポリマーよりも３２％高い拘束圧縮弾性率を有していた。

これらの試験は、注入可能なポリマーの拘束及び非拘束圧縮応答を比較するための初期実験を表す。これらのデータは、材料が合成核として機能するための必須の機械的特性を有することを示している。

ヒドロゲルの可視化
熱ゲル化ポリマーの、標準的なＸ線検査下で可視化される能力は、２００：１のＰＮＩＰＡＡＭ枝分かれ状ＰＥＧＤＭＡヒドロゲル２２重量％、水６６重量％及び硫酸バリウム粉末１１重量％の溶液を含有するヒドロゲルを調べることにより実証した。硫酸バリウムは、室温で超音波攪拌により分散させた。得られたヒドロゲルを脊椎板に注入した後、標準的なＣ−ＡｒｍＸ線機器を用いて可視化させた。

圧縮剛性に関する弾性率及び幾何学的パラメータの比較
ヒト腰部機能的脊柱ユニットの圧縮剛性に対するヒドロゲル核移植片材料（弾性率）及び幾何学的（高さ及び直径）パラメータの変動の影響を検査した。この実施例全体にわたって使用する場合、「前柱ユニット（「ＡＣＵ」）」という用語は、後方要素（posterior element）を除去した２つの椎骨及び脊椎板から構成される脊柱のセグメントを指す。１０％ポリマー混合物を、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）（ＭＷ＝１３８，４００〜１４６，５００）及びポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）（ＭＷ＝１０，０００）のブンレドから調製して、ヒドロゲル移植片を作製した。ブレンドは、ＰＶＡ９５％／ＰＶＰ５％の組成物を用いて調製した。ポリマー溶液を、３つの異なる直径（Ｄ_１＝１５ｍｍ、Ｄ_２＝１６ｍｍ、Ｄ_３＝１７ｍｍ）の特注の鋳型へ流延した。検体を３つの高さ（Ｈ_１＝Ｈ_２−１ｍｍ、Ｈ_２、Ｈ_３＝Ｈ_２＋１ｍｍ）で調製した。ここでＨ_２は、試験するＡＣＵの平均椎間板（「ＩＶＤ）」の高さである。３つの移植片弾性率を研究し、第１の弾性率（Ｅ_１＝５０ＫＰａ、１５％ひずみにて）、第２の弾性率（Ｅ_２＝１５０ＫＰａ、１５％ひずみにて）及び第３のより高い弾性率移植片（Ｅ_３＝１．５ＭＰａ、１５％ひずみにて）を、市販のポリマー混合物であるＳｉｌａｓｔｉｃＴ２（ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標））から作製した。

腰部脊柱を平均６３歳の四死体（男性１体、女性３体）から収集した。Ｌ１〜Ｌ５レベルからのＡＣＵ（ｎ＝９）を切除して、面関節及び靱帯を除去することにより調製した。ＡＣＵの縦軸に垂直な平行軸切開を、脊椎板の上下の椎骨で行い、軸圧縮荷重の整列を確実にした。

機械的試験をＩｎｓｔｒｏｎ機械的試験機器（モデル１３３１）により実施した。一連の圧縮試験は、予め確証されている試験プロトコルを用いて、９つの検体それぞれに対して行った。ジョシ他（Joshi et al.）、Society for Biomaterials，Annual Meeting、２００３年、Renoを参照されたい。まず、無傷の検体を試験した。次に、上椎骨を、ＡＣＵ縦軸に沿って近接した切開表面から上終板までせん孔した（直径１６ｍｍ）。このせん孔は骨栓（bone plug）を創出し、これはそのもとの位置に残ったままであり、検体を再び試験した（「ＢＩ条件」）。次に、骨栓を取り出し、髄核（「ＮＰ］）を、上椎骨の１６ｍｍせん孔に沿って切除して、検体を再び試験した（ＤＮ条件）。続いて、脊椎板に適切なＮＰ移植片を挿入すること、骨栓を置換すること、及び試験プロトコルを繰り返すことにより、ＮＰ移植片弾性率、高さ及び直径の影響のパラメータ研究を実施した。

各検体に関して、一定の移植片高さ（Ｈ_２）及び直径（Ｄ_２）で、移植片弾性率を変化させた（Ｅ_１／Ｅ_２／Ｅ_３）。同様に、一定の移植片弾性率（Ｅ_２）及び直径（Ｄ_２）で、移植片高さを変化させた（Ｈ_１／Ｈ_２／Ｈ_３）。最後に、一定の移植片弾性率（Ｅ_２）及び高さ（Ｈ_２）で、移植片直径を変化させた（Ｄ_１／Ｄ_２／Ｄ_３）。各検体に関して、試験の順序は、試験検体に対する移植片パラメータの任意の影響を最低限に抑えるように無作為に選んだ。実験の最後に、検体を脱核条件（ＤＮ−１）で再試験した。

検体の脱核（ＤＮ条件）は、１５％ひずみで、ＢＩ条件と比較して、検体の圧縮剛性を有意に減少させた（ｐ＜０．００１）。ＮＰ移植片の挿入は、Ｈ１及びＤ１条件（ｐ＝０．０１）を除いて、脱核検体の圧縮剛性をＢＩ条件の圧縮剛性にまで修復させた（ｐ＞０．０５）。ＤＮ及びＤＮ−１条件の剛性は、有意に異ならなかった（ｐ＞０．０５）。ＡＣＵ圧縮剛性は、弾性率Ｅ_２及びＥ_３と比較して、有意に異ならなかった（ｐ＞０．０５）。他のパラメータ条件はすべて、ＡＣＵ圧縮剛性において有意な差を示した（ｐ＜０．０５）。

図解４は、Ｅ_１とＥ_２の圧縮剛性間では統計学的な差（ｐ＜０．０５）が見られたが、Ｅ_２とＥ_３との間では差が見られなかったことを示す。弾性率が環線維の張りに影響を及ぼす閾値が存在する可能性が高く、その後より高い弾性率に関連した側面の変形は、系のさらなる剛性になんら役に立たない。剛性に対する高さ及び直径の変動の影響は有意であった。より低い高さ（Ｈ_１）及びより小さな直径（Ｄ_１）の両方の場合で、ヒドロゲル移植片と無傷の環との間での適正な相互作用の欠如が、脱核ＡＣＵの限られた修復をもたらした。より高い高さ（Ｈ_３）及びより大きな直径（Ｄ_３）の場合では、剛性のほぼ完全な修復（ＢＩの９９％）が観察された（ｐ＞０．６）。より大きな幾何学的パラメータ（Ｈ_３及び／又はＤ_３）を有する移植片は、環線維に対してプレストレスを発揮する可能性があり、その一定の容量を維持するプロセスで、環線維を放射状に外側へ押し出す。このことがおそらく、ＩＶＤの天然の荷重伝達現象を模倣し、ここで脊椎板内圧力が、静止状態でさえも環において張りを生み出す。

この実施例の結果は、幾何学的パラメータの変化（すなわち、適正な高さ及び幅へ移植片を充填すること）が移植片の弾性率の変化よりもＡＣＵ圧縮剛性の修復にとって重要であることを示す。

弾性率の影響
椎間板の圧縮剛性に対する移植片弾性率の影響もまた研究し、１０ｋＰａ〜１００，０００ｋＰａの範囲の弾性率の結果を以下の図解５に記載する。１０ｋＰａ〜１００，０００ｋＰａのより広範囲は、閉じた枠内の圧縮生体力学を機能的脊椎板の正常な範囲とする一方で、脊椎板の正常な機械的挙動は、１０〜５，０００ｋＰａの範囲で修復される。したがって、弾性率要件は、１０ｋＰａ〜１０，０００ｋＰａ、より好ましくは１０ｋＰａ〜５，０００ｋＰａである。

本発明は、特定の実施形態及び実施例の状況で記載してきたが、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、他の修正及び変更を行うことができることは、当業者には容易に明らかであろう。したがって、本発明は、これらの実施形態及び実施例の上述の説明の詳細に限定されることを意図せず、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の範囲によってのみ限定される。

ヒドロゲル溶液を含有し、且つ針を有するシリンジを用いた、脊椎板の環を通した、患者の脊髄領域へのヒドロゲルの後方からの注入を示す図である。

Claims

哺乳動物の椎間板に挿入するための脊椎板増強移植片であって、
ポリエチレングリコール系ポリマー架橋剤により化学的に架橋されるポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）を含む注入可能なポリマー溶液からなり、該ポリマー溶液が、室温における液体から生理学的体温における固体または半固体のヒドロゲルに凝固し、前記ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と前記ポリマー架橋剤との質量比が２０：１〜５００：１であり、前記移植片が５０Ｋｐａ〜１，５００Ｋｐａの弾性率を有することを特徴とする、脊椎板増強移植片。
前記ポリマー架橋剤が親水性である、請求項１に記載の脊椎板増強移植片。
前記ポリマー溶液が、さらに２５ｗ/ｖ％〜５０ｗ/ｖ％の水を含む、請求項１又は２に記載の脊椎板増強移植片。
造影剤をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の脊椎板増強移植片。
前記造影剤が、硫酸バリウム、ヨウ素及び重金属粉末からなる群から選択される、請求項４に記載の脊椎板増強移植片。
前記ポリマー架橋剤が、ポリエチレングリコールジメチルアクリレートである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の脊椎板増強移植片。
室温が２２℃〜２７℃であり、体温が２９℃〜３７℃である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の脊椎板増強移植片。
熱ゲル化ヒドロゲル組成物を含む脊椎板増強移植片の製造方法であって、
（ａ）ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）を含むヒドロゲル溶液と、ポリエチレングリコール系ポリマー架橋剤とを、室温以下で混合する工程であって、前記ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と前記ポリマー架橋剤との質量比が２０：１〜５００：１である工程、及び
（ｂ）前記溶液を２９℃を超える温度で温め、前記ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）が前記ポリエチレングリコール系ポリマー架橋剤と架橋して、５０Ｋｐａ〜１，５００Ｋｐａの弾性率を有する固体又は半固体のヒドロゲル組成物を形成する工程、
からなることを特徴とする製造方法。
前記ポリマー架橋剤が親水性である、請求項８に記載の方法。
前記ヒドロゲル溶液が、さらに２５ｗ/ｖ％〜５０ｗ/ｖ％の水を含む、請求項８又は９に記載の方法。
前記ヒドロゲル溶液が、さらに造影剤を含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
室温が２２℃〜２７℃である、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
前記溶液を３５℃以上に温める、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法。