JP5827563B2 - インプラント装置 - Google Patents

Description

本発明はインプラント装置に関し、特に隙間を回復又は形成するために、骨、軟骨又は軟組織間又はプロテーゼ表面間に配置されるインプラント装置に関する。より詳細には、本発明は、ポリマー材料からなり、剛性勾配及び限られた寸法変化を有し、好ましくは少なくとも部分的に異方性を有するインプラント装置に関する。

関節のヒアリン軟骨の劣化や、外傷、椎間板外傷性疾患又は慢性又は進行性の椎間変性による損傷により、骨表面が局所的に接触することが知られている。これらの表面は相対的に常に移動しているため、骨表面の接触によって患者は激痛を感じ、残りの組織の破壊が加速する。

従って、接触している骨の間の隙間を回復することにより、痛みを減少させ、さらなる組織の破壊を減少させ、健康な関節に近いバランスを回復することができる。耐荷重性及び／又は関節接合を改善し、さらなる組織の破壊を防止することを目的としたいくつかの方法が開発されている。

細胞培養によって得られるインプラントは、組織を修復すると共に痛みを緩和するが、通常は非常に高価であり、填隙材として機能せず、長持ちしない。

関節軟骨及び半月板軟骨は、膝関節の可動体重支持面として機能する。通常、これらの表面へのダメージは、遺伝子的疾病素質、疾患、外傷及び／又は加齢のために生じる。その結果、軟骨軟化、関節軟骨の薄化及び軟化並びに軟骨の退化性断裂が通常生じる。最も一般的には、軟骨は変形性関節症によって損傷を受ける。関節軟骨は、血液が直接供給されないために限られた回復能力しか有していない。軟骨層は神経線維を有していないため、患者は損傷の重症度に気付かない場合が多い。変形性関節症の最終段階では、患部の関節では骨が別の骨に対して関節接合され、激痛と可動性の低下が生じる。患者が治療を受ける時までに、痛みを和らげ、軟骨損傷を修復するために外科的介入が必要となる場合がある。

様々な治療方法が知られている。各方法には通常は特有の適応症があり、他の方法と比較して様々な利点と欠点がある。非ステロイド系抗炎症薬（ＮＳＡＩＤ）、コーチゾン注入、ヒアルロン酸注入、関節鏡創面切除、骨切り術、単一区画膝置換術及び人工膝関節全置換術が損傷の重症度に応じて使用されている。

現在、主に膝の単一区画における中度から重度の軟骨組織疾患に罹患した比較的若い患者を治療するために使用される選択肢は限られている。患者の中には、ＮＳＡＩＤの潜在的副作用のリスクに耐性がないか、リスクを望まない人もいる。コーチゾンを長期間にわたって繰り返し注入すると、関節軟骨が弱くなり、軟骨を保護することができない。関節鏡創面切除のみでは、症状を持続的に軽減できない場合が多い。単一区画及び二区画膝全置換術では、かなりの骨を切除し、機械的不具合が生じた場合には再建手術が必要となる場合がある。従って、このような切除術はできるだけ遅らせることが最良である。

顆間空間に柔軟な装置を埋め込む方法がある。理論上、そのような装置は、大腿骨及び脛骨の支持表面のクッションとして機能し、弾力的に変形し、支持表面間の隙間を生じさせることにより、膝関節の大部分において荷重を均一に分散させる。一方で、そのような装置は不十分な疲労挙動を有しているため、装置が大きく変形し、断裂又は崩壊してしまうことも生じ得る。

米国特許第６，２０６，９２７号は、大腿顆及び対応する脛骨プラトーの間の空間への侵襲性の低い外科的な埋め込みに適した自己調心半月板プロテーゼ装置を開示している。このプロテーゼは、装置の輪郭と膝の自然な関節が浮動性装置に復元力を与えるように成形された、固く、弾性率の高い材料からなる。

米国特許出願公開第２００５／２７８０２５号は、２以上の骨の間の関節空間に配置するためのプロテーゼを開示している。このプロテーゼは、予備成形されたエラストマーで形成された本体を含み、エラストマーは、生体適合性を有し、均一な弾性率及び０．５〜７５ＭＰａの機械的強度を有する合成有機ポリマーからなる。好ましくは、本体は、大腿顆、骨結節及び脛骨プラトーの間の関節空間にフィットするように形成される。このプロテーゼは、脛骨プラトーと大腿顆の間の空間によって形成された単一区画に埋め込まれる。従って、このプロテーゼは、側部区画又は内側区画のいずれかに好適に使用することができる。両方の区画において半月を置換することが必要な場合には、２つのプロテーゼが必要となる。

椎間板は、背骨を安定させ、椎体間の力を分散する機能を有する。椎間板は、主として髄核、線維輪及び２つの脊椎終板からなる。これらのコンポーネントは、脊椎骨に加わる衝撃、応力及び移動を共に吸収する。椎間板は、外傷又は疾患のためにずれたり、損傷する場合がある。これらの症状は、椎間板の一部又は全体を外科的に取り除くか、人工装置を埋め込んで患者の椎間板の損傷部分を置換することによって緩和することができる。

国際公開第ＷＯ２００４／１０８０２２号は、弾性ポリマー、特にヒドロゲルからなる本体と、超弾性部材とを含む椎間板インプラントを開示している。このインプラントは脊椎円板空間のためのものであり、好適な実施形態では、ヒドロゲルからなる細長い本体と、超弾性ニッケル−チタン合金からなる細長いコア部材とを含む。

米国特許出願公開第２００６／０２４１７５９号は、ポリマーからなる脊椎インプラントを開示しており、ポリマー材料を実質的に均一に配向させて異方性（特に、ポリマー材料の配向に直交する高い強度）を形成している。成形ポリマー材料では、例えば、（例えば、射出成形法において）溶融状態からゆっくりと冷却するか、加圧することにより、処理時にポリマー鎖を材料内において実質的に配向させることによって剛性又は強度の異方性を得ることができる。

国際公開第ＷＯ２００７／１３９９４９号は、１〜１００ＭＰａの機械的圧縮及び／又は引っ張り弾性を有する固体弾性体を含む背骨椎間板インプラントを開示している。このインプラントは、単一の均一な平均ジュロメーター材料で形成及び／又は非線形弾性を有することができる。このインプラントは、中央又は外側周辺部で剛性が高くなるように形成することができる。また、このインプラントは、連続的な剛性変化を有するように形成することができる。

欧州特許第０９１９２０９号は、ヒドロゲル材料からなり、高い圧縮荷重下における横方向の膨らみが少ない脊椎円板用のプロテーゼ核を開示しており、前方周辺部は好ましくは０．１〜１．５ＭＰａの剛性を有し、後方周辺部は前方周辺部よりも少なくとも１０％低い剛性を有し、前方側から後方側への剛性の上昇は段階的又は急激であることができる。

国際公開第ＷＯ２００８／０６４１１９号は、外部シェル、第１のエンドプレート、第２のエンドプレート、複数の付属装置及びコア内部コンポーネントを含む多コンポーネント埋込型椎間板を開示しており、外部シェルは好ましくは７〜１３ＭＰａの弾性率を有し、コア内部コンポーネントは３〜８ＭＰａの弾性率を有し、コア内部コンポーネントは、６〜１３ＭＰａの弾性率を有する縦方向補強カラムを含むことができる。

国際公開第ＷＯ２００５／０７７３０４号は、多コンポーネント耐荷重生体適合性装置（特に、埋込型脊椎円板プロテーゼ）を開示しており、装置は弾性率が異なる複数の領域を含むことができる。例えば、上部及び下部は、内部領域よりも弾性が低く、剛性が高くなるように形成することができる。この埋込型脊椎円板プロテーゼは、弾性を有する中間領域をさらに有することができる。

欧州特許第０６４２７７５号は、第１及び第２のエンドプレートを含む多コンポーネント埋込型脊椎円板を開示しており、好ましくは異なる圧縮率を有する３層以下の異なるポリマーがエンドプレート間に配置されている。

しかしながら、天然組織と同様な構造特性及びトライボロジー特性をもたらすことができる柔軟な材料又は装置はこれまでのところ提案されていない。

予期せぬことに、本発明のインプラント装置は上述した課題を解決することができることが判明した。

本発明の一態様は、２つの関節面間の空間に埋め込むための顆間インプラントであって、ｚ軸方向に所定の距離をおいて反対側に位置する２つの表面と、ｘ軸及び／又はｙ軸に沿って少なくとも１つの極小値を有する剛性勾配と、を有する本体を含み、前記ｘ軸は、前記２つの表面に実質的に平行な方向において本体の幾何学的中心を通り、前記ｙ軸は、前記２つの表面に実質的に平行かつ前記ｘ軸に直交する方向において前記本体の幾何学的中心を通り、前記ｚ軸は、前記ｘ軸及び前記ｙ軸に直交する方向において前記本体の幾何学的中心を通過し、前記ｘ軸及び前記ｙ軸における前記本体の寸法は、前記ｚ軸における前記本体の寸法よりも大きく、前記本体は、最大生理的荷重条件下において前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向に限られた寸法変化を有し、前記本体の前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向の寸法は、前記ｚ軸方向に２０ＭＰａ〜２００ＭＰａの全範囲のいずれの場合の荷重が付加されても、前記ｚ軸方向における荷重が無荷重のときの前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向の寸法に対する寸法変化が１０％未満であり、前記本体の剛性は、前記ｚ軸方向に荷重が与えられた場合における前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸に沿った方向への寸法変化のしにくさであって、少なくとも部分的に異方性を有し、前記剛性勾配は、連続的または非連続的であり、前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向に沿って前記本体の周辺部から中心に向かって剛性が連続的または非連続的に低下していることを特徴とするインプラント装置に
関する。

本発明の別の態様は、上記インプラント装置の製造方法に関する。

本発明に係るインプラント装置の一実施形態の三次元概略図である。 本発明に係るインプラント装置の２つの実施形態の剛性（Ｓ）のグラフであり、装置の中心（ｉ）から端部（ｉｉ）への剛性（ａ）又は（ｂ）の変化を示す。 （ａ）は、本発明に係るインプラント装置の一実施形態の三次元概略図である。（ｂ）は、Ａ−Ａ’断面におけるｙ軸方向の剛性（Ｓ）のグラフである。 （ａ）は、本発明に係るインプラント装置の一実施形態の三次元概略図である。（ｂ）は、Ａ−Ａ’断面におけるｙ軸方向の剛性（Ｓ）のグラフである。 （ａ）は、本発明に係るインプラント装置の一実施形態の三次元概略図である。（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’断面におけるｘ軸方向の剛性（Ｓ）のグラフである。 （ａ）は、１つの平面と、前記平面とは反対側の１つの曲面（凸面）を有する本発明に係る（単顆）中間インプラントの形状を示す概略断面図である。（ｂ）は、２つの曲面（凸面）を有する本発明に係る（単顆）中間インプラントの形状を示す概略断面図である。 （ａ）は、１つの平面と、前記平面とは反対側の１つの曲面（凹面）を有する本発明に係る（単顆）中間インプラントの形状を示す概略断面図である。（ｂ）は、２つの曲面（凹面）を有する本発明に係る（単顆）中間インプラントの形状を示す概略断面図である。 ２つの曲面（凸面及び凹面）を有する本発明に係る（単顆）中間インプラントの形状を示す概略断面図である。 例えば図５（ａ）（Ｂ−Ｂ’断面図）に示す本発明に係る（双顆）中間インプラントの形状を示す概略断面図である。 （ａ）は、本発明に係るインプラント装置の一実施形態の三次元概略図である。（ｂ）は、（ａ）に示すインプラント装置の二次元断面図（Ｃ−Ｃ’断面）である。 （ａ）均質材料、（ｂ）二成分材料及び（ｃ）連続的な勾配を有する材料の、ｘ軸（ｅ_ｘ）とｚ軸（ｅ_ｚ）に沿った荷重条件下における相対寸法変化を示すグラフである。

定義
本発明に係る「インプラント装置」とは、隙間を回復又は形成するために、骨、軟骨又は軟組織間に埋め込まれる装置を意味する。「インプラント装置」は、所定の距離をおいて反対側に位置する２つの表面を有することが好ましく、前記２つの表面に平行な方向における装置の寸法（装置の幅又は直径）は、前記２つの表面に直交する方向における装置の寸法（装置の厚み）よりも大きい。「インプラント装置」の例としては、顆間インプラント又は脊椎円板インプラントが挙げられる。

インプラント装置の「ｘ軸」は、前記２つの表面に実質的に平行な方向において装置の幾何学的中心を通る第１の仮想軸であり、左右軸（ｍｅｄｉａｌ−ｌａｔｅｒａｌ ａｘｉｓ）と概ね平行である。インプラント装置の「ｙ軸」は、前記２つの表面に実質的に平行かつ「ｘ軸」に直交する方向において装置の幾何学的中心を通る第２の仮想軸であり、前後軸（ａｎｔｅｒｉｏｒ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ ａｘｉｓ）と通常は平行である。インプラント装置の「ｚ軸」は、前記２つの表面に直交（「ｘ軸」及び「ｙ軸」に直交）する方向において装置の幾何学的中心を通過する第３の仮想軸であり、通常は上下方向（ｃａｕｄａｌ−ｃｒａｎｉａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に平行である。通常、「ｚ軸」は力が主に加わる方向である。

本発明に関連して使用する「剛性勾配」とは、ｘ軸又はｙ軸又はｘ軸及びｙ軸に沿った剛性変化であり、剛性変化は連続的（一定の微分可能関数）又は非連続的（階段関数）であってもよい。本発明に関連して使用する「剛性」とは、Ｂｉｏｔ ＭＡ，“Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃ ｗａｖｅｓ ｉｎ ａ ｆｌｕｉｄ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｐｏｒｏｕｓ ｓｏｌｉｄ，Ｉ．Ｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｎｇｅ”，Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ １９５６；２８：１６８−７８に記載されているような高い弾性率（集合弾性率（ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｍｏｄｕｌｕｓ）又は透水率（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ））を有する装置の材料に関連する。集合弾性率及び／又は透水率は、当技術分野において公知のクリープ及び／又は緩和圧縮試験によって測定することができる。

当技術分野において公知の別の剛性測定方法は、動的荷重条件下において粘弾性材料の特性分析を行うために損失弾性率と共に通常使用される高い貯蔵弾性率を有する装置の材料に関連する。

なお、本発明に関連して使用する「剛性」とは「弾性」の反対の性質を意味する。

「等方性」とは、全ての方向における所定の特性に関する均一性と定義される。「少なくとも部分的に等方性を有する」材料は、少なくとも近距離における（特性の）対称性を有し、遠距離における対称性を有さない。「異方性」は、「等方性」の反対の性質である。「少なくとも部分的に異方性を有する」材料は、少なくとも近距離における（特性の）対称性を有しておらず、遠距離における対称性を有していてもよい。「直交異方性材料」は、２つ又は３つの互いに直交する２重回転対称軸を有し、材料の機械的特性（剛性等）は各軸の方向に沿って異なる。従って、直交異方性材料は異方性を有する。

「限られた寸法変化」とは、最大荷重条件下における寸法に対する無荷重条件下における寸法（相対寸法変化）に基づく、特にｘ−ｙ平面における寸法変化であり、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満、さらに好ましくは５％未満、最も好ましくは１％未満である。

本発明に係るインプラント装置の「最大生理的荷重条件」とは、インプラントの生理学的適用領域における荷重条件に対応する。最大荷重は、好ましくは２００ＭＰａ、より好ましくは１００ＭＰａ、最も好ましくは２０ＭＰａである。

本発明に関連して使用する「構造特性」及び「トライボロジー特性」とは、材料又は装置の「機械的特性」を意味する。例えば、「構造特性」は、材料又は装置の剛性／弾性、荷重分布、応力／歪み、疲労挙動に関連する。例えば、「トライボロジー特性」は、材料又は装置の摩耗率及び摩擦係数に関連する。

「中間インプラント」とは、２つの関節面間の空間に埋め込むための装置であり、特に、椎間円板髄核（ｄｉｓｃ ｎｕｃｌｅｕｓ）又は椎間板体環（ｄｉｓｃ ａｎｎｕｌｕｓ）によって形成される空間に埋め込むための装置である顆間インプラント又は脊椎円板インプラントである。

本発明に関連して使用する「埋め込み後に生理学的状況に適合する」という表現は、埋め込み後の装置の形状が支持面間の隙間を最適に満たすことを意味する。

本発明に関連して使用する「自己調心」という用語は、形状又は機械的特性により、各周期的な体動の最後に装置が最も適切な位置に戻ることができることを意味する。

本願明細書において使用する「生体適合性」という用語は、生物環境を大きく損なったり、患者の苦痛を著しく引き起こしたりすることなく、長期間にわたって患者の組織、血液又は他の体液と密接に接触することができる材料又は材料の表面の特性を意味する。

本発明に係るインプラント装置は、２つの関節面間の空間に埋め込むための顆間インプラントであって、ｚ軸方向に所定の距離をおいて反対側に位置する２つの表面と、ｘ軸及び／又はｙ軸に沿って少なくとも１つの極小値を有する剛性勾配と、を有する本体を含み、前記ｘ軸は、前記２つの表面に実質的に平行な方向において本体の幾何学的中心を通り、前記ｙ軸は、前記２つの表面に実質的に平行かつ前記ｘ軸に直交する方向において前記本体の幾何学的中心を通り、前記ｚ軸は、前記ｘ軸及び前記ｙ軸に直交する方向において前記本体の幾何学的中心を通過し、前記ｘ軸及び前記ｙ軸における前記本体の寸法は、前記ｚ軸における前記本体の寸法よりも大きく、前記本体は、最大生理的荷重条件下において前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向に限られた寸法変化を有し、前記本体の前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向の寸法は、前記ｚ軸方向に２０ＭＰａ〜２００ＭＰａの全範囲のいずれの場合の荷重が付加されても、前記ｚ軸方向における荷重が無荷重のときの前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向の寸法に対する寸法変化が１０％未満であり、前記本体の剛性は、前記ｚ軸方向に荷重が与えられた場合における前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸に沿った方向への寸法変化のしにくさであって、少なくとも部分的に異方性を有し、前記剛性勾配は、連続的または非連続的であり、前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向に沿って前記本体の周辺部から中心に向かって剛性が連続的または非連続的に低下していることを特徴とする。

本発明の一実施形態では、剛性勾配は、連続的であり、前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向に沿って前記本体の周辺部から中心に向かって剛性が連続的に低下している。本発明の一実施形態では、剛性勾配は、非連続的であり、前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向に沿って前記本体の周辺部から中心に向かって剛性が非連続的に低下している。

本発明の好適な実施形態では、本体は、ｘ軸及び／又はｙ軸に沿って少なくとも２つの極小値を有する剛性勾配を有する。

好ましくは、本発明に係るインプラント装置の剛性は直交異方性を有する。

本発明の一実施形態では、インプラント装置は、中間インプラント（ｉｎｔｅｒｓｐａｃｅ ｉｍｐｌａｎｔ）、特に、顆間インプラント又は脊椎円板インプラントである。好ましくは、中間インプラントは顆間インプラントである。

本発明の別の好適な実施形態では、インプラント装置の形状は、埋め込み後に生理学的状況に適合する。

本発明の別の好適な実施形態では、インプラント装置は、インプラント装置が埋め込まれる生理学的空間において自己調心性を有する。

本発明の別の好適な実施形態では、インプラント装置は、材料を線形弾性材料としてモデル化した場合に、各方向において少なくとも０．１〜１００ＭＰａのヤング率に対応する剛性を有する。

本発明の別の好適な実施形態では、インプラント装置は０．１未満の動的摩擦係数を有する。

本発明の好適な実施形態では、インプラント装置の本体はポリマー材料からなる。好ましくは、本体は１種類のポリマー材料のみからなる。別の実施形態では、本体は複数種類のポリマー材料からなる。

より好ましくは、ポリマー材料はヒドロゲルである。

最も好ましくは、ポリマー材料は生体適合性を有する。

別の態様において、本発明は、上述したインプラント装置の製造方法であって、前記本体をポリマー材料で形成し、（ａ）溶融又は半溶融ポリマー材料を部分的に配向させるか、（ｂ）層ごとの硬化及び／又は架橋工程を行うか、（ｃ）配向又は非配向繊維強化材をポリマー材料の一部に導入することによって剛性勾配及び／又は部分的な異方性を生じさせる方法に関する。

別の態様において、本発明は、上述したインプラント装置の、ヒト又は動物の体内への埋め込みのための使用に関する。

図１は、本発明に係る中間インプラント（１００）を示す三次元概略図である。装置の本体についてデカルト座標系（ｘ−ｙ−ｚ軸）を示しており、（ｉ）は中心であり、（ｉｉ）は端部である。

図１に示す中間インプラントの２つの異なる実施形態の剛性（Ｓ）を図２に示す。装置（ａ）では、中心（ｉ）から端部（ｉｉ）へのｘ軸に沿った剛性変化は非連続的であり、装置（ｂ）では、中心（ｉ）から端部（ｉｉ）へのｘ軸に沿った剛性変化は連続的である。これらの装置は、中心（ｉ）において最小の剛性を有する。

図３は単顆膝インプラント（２００）を示し、輪郭線（２０１）は説明のために示しており、材料特性の変化の離散的な境界を示すものではない。図３の（ａ）に示す実施形態に係る中間インプラント（２００）は、少なくともｙ軸に沿って（Ａ−Ａ’断面）連続的に変化する剛性を有する。インプラントは、周辺部において高い剛性（Ｓ）を有する材料又は材料特性を備え、中心部において低い剛性（Ｓ）を有する材料又は材料特性を備える。図３の（ｂ）に示すように、剛性は周辺部から中心に向かって連続的に低下している。

図４は単顆膝インプラント（２００）を示し、輪郭線（２０１）は材料及び／又は材料特性の変化の離散的な境界を示す。図４の（ａ）に示す実施形態に係る中間インプラント（２００）は、少なくともｙ軸に沿って（Ａ−Ａ’断面）非連続的に変化する（すなわち、図４の（ｂ）に示すように階段関数に応じて変化する）剛性を有する。インプラントは、周辺部において高い剛性（Ｓ）を有する材料又は材料特性を備え、中心部において低い剛性（Ｓ）を有する材料又は材料特性を備える。中心部に近い各同心領域の剛性は、周辺領域の剛性よりも低い。これにより、剛性は周辺部から中心に向かって非連続的に低下している。

図５は双顆膝インプラント（３００）を示し、輪郭線（３０１）は説明のために示しており、材料特性の変化の離散的な境界を示すものではない。図５の（ａ）に示す実施形態に係る中間インプラント（３００）は、ｘ軸に沿って（Ｂ−Ｂ’断面）連続的に変化する剛性を有し、低い剛性（Ｓ）を有する２つの領域と中間領域とを有する。インプラントは、周辺部において高い剛性（Ｓ）を有する材料又は材料特性を備え、２つの中心領域において低い剛性（Ｓ）を有する材料又は材料特性を備える。各中心領域に近い各同心領域の剛性は、周辺領域の剛性よりも低い。これにより、剛性はｙ軸に沿って周辺部から各中心領域に向かって低下している。ただし、ｘ軸に沿った方向では、剛性が上昇する中間領域が２つの中心領域の間に存在する。すなわち、一方の中心領域から剛性が上昇し、他方の中心領域に向かって剛性が低下する。従って、ｘ軸に沿った剛性変化は図５の（ｂ）に示す通りとなる。

図６の（ａ）は、１つの平面と、前記平面とは反対側の１つの曲面（凸面）を有する本発明に係る単顆膝インプラントの断面を示す。図６の（ｂ）は、２つの曲面（凸面）を有する本発明に係る別の単顆膝インプラントの断面を示す。

図７の（ａ）は、１つの平面と、前記平面とは反対側の１つの曲面（凹面）を有する本発明に係る単顆膝インプラントの断面を示す。図７の（ｂ）は、２つの曲面（凹面）を有する本発明に係る別の単顆膝インプラントの断面を示す。

図８は、２つの曲面（凸面及び凹面）を有する本発明に係る別の単顆膝インプラントの断面を示す。

図９は、図５の（ａ）に示す双顆膝インプラントのＢ−Ｂ’断面を示す。

図１０は脊椎円板インプラント（４００）を示し、輪郭線（４０１）は材料及び／又は材料特性の変化の離散的な境界を示す。図１０の（ａ）に示すように、脊椎円板インプラント（４００）は、図１０の（ｂ）のＣ−Ｃ’断面図に示す同心領域からなり、各同心領域は、周辺部から中心に向かって低下する異なる剛性（Ｓ）を有することができる。

図１１は、（ａ）均質材料、（ｂ）二成分材料及び（ｃ）連続的な（剛性）勾配を有する材料の、ｘ軸（ｅ_ｘ）とｚ軸（ｅ_ｚ）に沿った荷重条件下における相対寸法変化を示すグラフである。荷重はｚ軸方向に与える。０．５のｅ_ｚ値は、無荷重条件下における各インプラント装置のｚ軸（「厚み」）方向の寸法に対する、荷重条件下における５０％の相対寸法変化に対応する。０．１のｅ_ｘ値は、無荷重条件下における各インプラント装置のｘ軸（「幅」）方向の寸法に対する、荷重条件下における１０％の変形に対応する。

均質材料（ａ）は通常は等方性材料であると考えることができ、材料（ｂ）及び（ｃ）は部分的に異方性を有すると考えることができる。

本発明に係る中間インプラントは、隙間を回復又は形成するために、骨、軟骨又は軟組織間又はプロテーゼ表面間に好適に配置することができる。例えば、本発明に係る中間インプラントは、大腿骨と脛骨の間（膝インプラントの場合）、椎体間（脊椎円板インプラントの場合）又は脛骨と距骨の間（足首インプラントの場合）の顆間（ｃｏｎｄｙｌａｒ
ｓｐａｃｅ）に配置することができる。

本発明の装置を構成する材料は、例えば、膝又は背骨を動かす際に生じる体動による反復応力に耐えることができる十分な強さを有していなければならない。インプラント装置は、材料を線形弾性材料としてモデル化した場合に、０．０５〜２００ＭＰａ、好ましくは０．１〜１００ＭＰａ、最も好ましくは０．５〜２０ＭＰａのヤング率（Ｅ）に対応する剛性を有することが好ましい。

本発明の一実施形態では、インプラント装置は、少なくとも１ＭＰａのグローバルヤング率を有し、１〜２年の期間にヒトの軟骨に通常加わる１〜２００万サイクルの通常の応力負荷力（ｓｔｒｅｓｓ ｌｏａｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）に耐えることができる。

本発明に係るインプラント装置は、最大荷重条件下における寸法に対する無荷重条件下における寸法に基づく、ｘ軸及び／又はｙ軸方向における相対寸法変化が１０％未満である。最大荷重とは、装置の用途及び患者に応じてｚ軸方向において２０〜２００ＭＰａの圧力をもたらす生理的荷重を意味する。生理的荷重下におけるインプラント装置の変形により、特にインプラント装置の材料がヒドロゲル材料である場合には水和化（ｈｙｄｒａｔｉｚａｔｉｏｎ）の変化が生じ得る。従って、生理的荷重により、インプラント装置の水和化の変化及び／又は体積の変化が生じ得る。特に、各生理的荷重条件は、インプラント装置の各平衡水和化及び／又は各平衡体積に対応する場合がある。

また、本発明の装置を形成するために使用する材料は、例えば、装置が顆間区画内を移動し、上面における大腿顆の反復動作に耐えることができるように十分に低い摩擦係数を有していることが必要である。具体的には、屈曲及び伸張時に、大腿顆によって装置に加わる応力によって装置が脛骨プラトーから永久的にずれてしまうことがないように、摩擦係数は十分に低くなければならない。また、歩行時に摩耗がほとんど生じない程度に摩擦は低くなければならない。好ましくは、材料は、０．１未満、より好ましくは０．０５未満、最も好ましくは０．０１未満の動的摩擦係数を有する。

好ましくは、インプラント装置の本体の材料は、合成分子、天然分子、バイオテクノロジーによる分子又はそれらの任意の組み合わせを含むポリマー材料、最も好ましくはヒドロゲルである。好適なポリマー材料は、生体適合性を有するポリマー材料である。

好適な合成ポリマー材料としては、シリコーン、ポリウレタン、シリコーンとポリウレタンのコポリマー、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、ネオプレン、ニトリル、加硫ゴム、ポリビニルアルコールからなるヒドロゲル、ポリアクリル酸、ポリ（アクリロニトリル−アクリル酸）、ポリエチレングリコール、ポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、アクリレートとＮ−ビニルピロリドンのコポリマー、Ｎ−ビニルラクタム、アクリルアミド、ポリアクリロニトリル、熱可塑性ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン、セグメント化ポリウレタン、親水性ポリウレタン、ポリエーテルウレタン、ポリカーボネートウレタン、シリコーンポリエーテルウレタン、架橋カルボキシル含有多糖類、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、プルロニック、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリ（ラクチドコグリコリド）、ポリ（ジオキサノン）、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリ（メチルビニルエーテル／マレイン酸無水物）、ポリ（ヒドロキシブチレート）、ポリ（ヒドロキシバレレート）、チロシン系ポリカーボネート、ポリプロピレンフマレート、イオン性ポリマー、ポリ（アリルアミン塩酸塩）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド）、それらの誘導体、混合物及び組み合わせが挙げられる。

好適な天然ポリマー材料又はバイオテクノロジーによるポリマー材料としては、多糖類、架橋カルボキシル含有多糖類、キサンタン、デキストラン、ペクチネート、グルコマンナンゲル、グリコサミノグリカン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、へパリン、ケラタン硫酸、キトサン、アルギネート、セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、リン酸セルロース、ポリアミノ酸、ポリリジン、コラーゲン、アシル化タンパク質、ポリ（ヒドロキシブチレート）、それらの誘導体、混合物及び組み合わせが挙げられる。

ポリマー材料は、化学架橋、イオン相互作用、ファンデルワールス相互作用、異相材料の埋め込み、繊維強化又はそれらの組み合わせによって安定化させることが好ましい。化学架橋及び繊維強化が好ましい。

化学架橋による安定化は、ポリマー分子間の直接反応及び／又は官能性架橋剤との反応等の各種方法によって行うことができる。

化学架橋反応は、化学活性化、光誘起、電子ビーム照射、ガンマ線照射、熱処理及び／又はマイクロ波処理又はそれらの任意の組み合わせ等の各種方法によって生じさせることができる。

好適な繊維強化添加材は、好ましくは、金属繊維、セラミック繊維、ポリマー繊維、炭素繊維、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）繊維、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維、ポリエステル繊維、ヒドロキシアパタイト粒子、短繊維、長繊維、連続繊維、ナノ繊維、モノフィラメント、マルチフィラメント、織り、編みもしくはスパンボンドの繊維またはフィラメント、メッシュ及びそれらの混合物からなる群から選択される。

別の好適な実施形態では、インプラント装置の材料を、周辺組織に影響を及ぼすための１種以上の医薬物質に含浸させる。

本発明に係るインプラント装置の製造方法では、本体はポリマー材料で形成することが好ましい。ポリマー材料における剛性勾配及び／又は部分的な異方性は、溶融又は半溶融ポリマー材料を部分的に配向させるか、層ごとの硬化及び／又は架橋工程を行うことによって生じさせ、同一の化学組成を有するポリマー材料を異なる架橋条件に暴露するか、ポリマー材料の化学組成を変化させ、同一又は異なる架橋条件に暴露する。また、ポリマー材料における剛性勾配及び／又は部分的な異方性は、配向又は非配向繊維強化添加材をポリマー材料の一部に導入することによって生じさせることができる。層ごとの硬化及び／又は架橋工程では、配向又は非配向繊維強化添加剤をポリマー材料の一部に導入することができる。層ごとの強化は、例えば、装置の最終形状が体内の構造（例えば、半月板又は脊椎円板）の形状に近くなるように、左右対称及び／又は曲線的に行うことができる。

本発明に係る装置は、標準的な整形外科技術を使用して埋め込むことができる。例えば、半月板インプラントの場合には、膝内の靱帯構造が損傷を受けていないことを確認しなければならない。これは様々な方法で行うことができる。特に、非侵襲な方法は核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）である。本発明に係る装置は好ましくは干渉を引き起こす金属部品を含んでいないため、他のインプラント装置とは異なり、埋め込み後にＭＲＩ装置を使用して接合領域を観察することができる。より好ましくは、装置は、Ｘ線画像及び／又はコンピューター断層撮影法（ＣＴ）用の無機造影剤を使用して装置の位置をより良好に確認するために放射線不透過マーカーを含むことができる。

実施例１
請求項１に係るインプラント装置をＨＥＭＡとＭＭＡの共重合によって製造した。装置は、ＨＥＭＡとＭＭＡの比率を変化させて複数の工程によって製造し、最小値と最大値を有する水平方向の剛性勾配を生じさせた。ポリマーの含水量は１０〜２０％だった。圧縮強度は０．５〜５ＭＰａだった。装置は、必要な寸法に合わせて機械的に成形した。

実施例２
請求項１に係るインプラント装置をＨＥＭＡとＭＭＡの共重合によって製造した。装置は、ＨＥＭＡとＭＭＡの比率を変化させて複数の工程によって製造し、ヒアルロン酸含有溶媒の勾配を付加した。ポリマーの含水量は１５〜３０％だった。剛性は０．５〜２ＭＰａだった。装置は、乾燥状態で機械的に成形し、再水和させ、必要な寸法に合わせて表面を仕上げた。

実施例３
ウレタン誘導体、ヒドロキシブチレート及びセルロース誘導体の共重合によってインプラント装置を製造した。装置はＵＶ照射によって一段階工程で重合させ、架橋密度を局所的に制御した。ヤング率は１〜８０ＭＰａだった。生理的荷重下における変形は５％未満だった。

実施例４
ポリビニルアルコールとシリコーンの層ごとの重合によってインプラント装置を製造した。機械的特性の勾配は、重合条件をゆっくりと変化させることによって生じさせた。剛性は０．５〜５ＭＰａだった。

実施例５
シリコーンとバイオテクノロジーによるキトサンの共重合によってインプラント装置を製造した。勾配は、選択的なＵＶ照射によって生じさせた。ヤング率は１〜２０ＭＰａであり、水平方向の寸法安定性は９５％超だった。装置の形状は、プリフォームにおける重合によって得た。

実施例６
ポリウレタンカーボネートを使用してインプラント装置を製造した。重合時に、１０％（ｗ／ｗ）の無機造影剤をＣＴ撮影のために添加した。ポリマーの剛性は、重合反応を選択的に制御することによって変化させた。ヤング率は２００ＭＰａ以下だった。水平方向の寸法安定性は９９％超だった。

Claims (10)

1. ２つの関節面間の空間に埋め込むための顆間インプラントであって、
   ｚ軸方向に所定の距離をおいて反対側に位置する２つの表面と、
   ｘ軸及び／又はｙ軸に沿って少なくとも１つの極小値を有する剛性勾配と、
   を有する本体を含み、
   前記ｘ軸は、前記２つの表面に実質的に平行な方向において本体の幾何学的中心を通り、
   前記ｙ軸は、前記２つの表面に実質的に平行かつ前記ｘ軸に直交する方向において前記本体の幾何学的中心を通り、
   前記ｚ軸は、前記ｘ軸及び前記ｙ軸に直交する方向において前記本体の幾何学的中心を通過し、
   前記ｘ軸及び前記ｙ軸における前記本体の寸法は、前記ｚ軸における前記本体の寸法よりも大きく、
   前記本体は、最大生理的荷重条件下において前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向に限られた寸法変化を有し、前記本体の前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向の寸法は、前記ｚ軸方向に２０ＭＰａ〜２００ＭＰａの全範囲のいずれの場合の荷重が付加されても、前記ｚ軸方向における荷重が無荷重のときの前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向の寸法に対する寸法変化が１０％未満であり、
   前記本体の剛性は、前記ｚ軸方向に荷重が与えられた場合における前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸に沿った方向への寸法変化のしにくさであって、少なくとも部分的に異方性を有し、
   前記剛性勾配は、連続的または非連続的であり、前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸方向に沿って前記本体の周辺部から中心に向かって剛性が連続的または非連続的に低下していることを特徴とするインプラント装置。
2. 請求項１において、前記本体が、前記ｘ軸及びｙ軸に沿って少なくとも２つの極小値を
   有する剛性勾配を有し、前記ｘ軸及び前記ｙ軸方向に沿って前記本体の周辺部から２つの中心に向かって剛性が低下するインプラント装置。
3. 請求項１または２において、前記インプラント装置の形状が埋め込み後に生理学的状況に適合するインプラント装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記インプラント装置が埋め込まれる生理学的空間において自己調心性を有するインプラント装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、材料を線形弾性材料としてモデル化した場合に、各方向において少なくとも０．１〜１００ＭＰａのヤング率に対応する剛性を有するインプラント装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、０．１未満の動的摩擦係数を有するインプラント装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、前記本体がポリマー材料からなるインプラント装置。
8. 請求項７において、前記ポリマー材料がヒドロゲルであるインプラント装置。
9. 請求項７において、前記ポリマー材料が生体適合性を有するインプラント装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の顆間インプラントであるインプラント装置の製造方法であって、前記本体をポリマー材料で形成し、（ａ）溶融又は半溶融ポリマー材料を部分的に配向させるか、（ｂ）層ごとの硬化及び／又は架橋工程を行うか、（ｃ）配向又は非配向繊維強化材をポリマー材料の一部に導入することによって剛性勾配及び部分的な異方性を生じさせ、前記顆間インプラントを製造する方法。

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