JP6800150B2 - 金属材料または金属合金で作られた顆粒状生体適合性材料および椎体形成術用の前記顆粒の使用 - Google Patents
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Description
本発明は、経皮椎体形成術または椎骨形成術に関する。さらに詳しくは、本発明の対象は、椎体形成術で使用されるための生体適合性金属材料、好ましくは骨誘導性金属で作られた顆粒、および、この目的のためのこれらの顆粒の使用である。
椎体形成術または椎骨形成術は、椎体圧迫骨折の患者に使用される治療である。
多くの原因が、脊柱に通常悪影響を与える圧縮力の作用の下での椎骨の潰れを決定することができ、胸椎または腰椎の骨粗鬆症性、腫瘍性、または、溶骨性圧縮による痛い圧迫骨折が生じ得る。その主な原因は、骨粗鬆症、多発性骨髄腫、椎骨腫瘍転移、または、単純に腫瘍である。
知られているように（添付の図１および図２参照）、椎骨１０は、実質的に円筒形状の（または、より良くはわずかに「砂時計」形状）の主本体１１を有し、この主本体では、皮質骨の周囲リング、海綿骨の中央部分、および、後側に延びる複数の突起（上側関節、下側関節、横、および、棘）１３が同定できる。
荷重の８０％は、主本体１１によって支持され、椎弓根および突起１３は、動的機能を行い、荷重の小さい部分の支持が割り当てられる。
したがって、圧迫骨折は、実質的に主本体に関する。
上述したように、骨折は、海綿骨に悪影響を与える骨粗鬆症状況により源発し得、海綿骨は、悪化された小柱状構造により、もはやその支持機能を及ぼさず、圧縮荷重の作用の下で潰れる。次いで、海綿骨の潰れは、皮質骨での骨折の発生さえ伴う。
従来技術では、可撓性ロッド、ねじ、または、釘のような補綴補助具の挿入による椎骨の支持機能の回復を目標とする外科的方法が知られている。
これらの外科的方法は、これまた当業者には理解できるように、外科医が大きな接近手段を創出することを必要とすること、および、ロッド、ねじ、および、釘の適用が、いずれにしても、補綴具が存在する中での身体の十分な適応の観点から患者の身体にとって過酷であり、負担のかかる手術であることの両方のために、大変侵襲的である。
より最近には、数ミリメートルのはるかに抑制された接近手段、および、術後期間でさえ、患者にとって減少されたストレスの両方を要求する低侵襲外科技術が開発され、確立された。
この技術は、椎骨形成術または椎体形成術として知られており、バルーンカテーテルまたはポリマー材料で作られた機械的拡張器を、より大きな寸法（径が約５ｍｍ）の金属カニューレを通して椎体内に挿入することによって実行される。
最も使用される技術は、バルーン３０の使用を可能にする。外科医は、必要な接近手段を創出した後、潰された椎骨内にカニューレ２０を挿入し、バルーン３０が、椎骨の主本体１１内の、潰された海綿骨１２がもはやその支持機能を行わない領域に挿入されることを可能にする。
患者をうつぶせの牽引された位置にして、外科医は、経椎弓根接近により、カニューレを椎骨の主本体内に直接挿入する。外科ステップ全体は、X線撮影下で行われる。
一旦椎骨の主本体内の正しい位置に到達された後は、液体または均等なシステムによって膨らまされたバルーンでしかない骨圧縮装置を、カニューレによって挿入する。バルーンは、椎骨の海綿骨の小柱体を圧密する機能を行うと同時に、潰された椎骨の内腔を広げる機能を行う。
一旦椎骨の内腔をバルーンによって広げた後は、バルーンを引っ込め、整形外科で普通に使用されるセメント、すなわち、PMMA（ポリメチルメタクリレート）を、常にカニューレによって形成された内腔内に挿入する。
椎骨形成術におけるセメントの使用は、主安定性、すなわち、脊柱に働く圧縮荷重に対する抵抗を直ちに確実にし、これによって、患者が手術の数日内に自分で退院することができるように患者の入院を大変短くすることを保証するという利点を有する。
これに対して、多くの欠点が、椎骨形成術におけるセメントの使用に関連する。
セメントの使用に関連した先ず最初の欠点は、高発熱性である重合反応によって発生される熱の発展である。この温度増加（１００ｇのセメント当たり１２-１４Kcalが発生される）は、コンクリート塊内で均質に発展し、次いで、セメントが配置された表面に向けて伝達される。かかる高重合温度は、局在化骨壊死の問題を生じ得る。
セメントの使用から生じる別の欠点は、微細セメント破片が、折れた骨折皮質骨を通して椎骨の主本体から分離され、逃げることがあることからなる。セメント粒子が椎骨から逃げ、血栓および他の患者にとって非常に危険な状況を引き起こす場合が、文献では珍しくない。
少なからず、これまでに説明したタイプの、小柱状構造を有する海面骨によって行われる支持機能を回復するためにセメントを使用する椎体形成術によって未解決のままにされている問題は、この椎体形成術が、悪化された骨を治療しない、特に、骨折を治療せず、悪化された骨を、健康な骨によって行われる支持機能を達成する合成材料に置き換えることに留まることからなる。
したがって、本発明の主目的は、現在使用されている方法論によっては未解決のままである欠点を克服することであり、特に、椎体形成術におけるセメント（PMMA（ポリメチルメタクリレート））の使用に関連した欠点を完全に除去することである。
したがって、この目的内で、本発明の１つの目的は、PMMA（ポリメチルメタクリレート）の高温重合に関連した問題を除去することである。
本発明の別の目的は、セメントによる椎骨形成術インプラントの臨床的追跡調査において報告されているよく知られた有害的結果を伴う、椎骨本体から逃げ、体内に輸送される微細材料粒子の危険を完全に除去することからなる。
再び、本発明の目的は、機械的荷重支持機能を回復するために骨をセメントに置き換えるのでなく悪化された骨を治療するように、セメント（PMMA（ポリメチルメタクリレート））に代えて椎体形成術において使用することができ、骨誘導性である、すなわち、骨の再生および骨結合を刺激し、促進する生体適合性材料を提供することである。
非制限的例として本願で与えられる本発明の詳細な説明に従って以下でより明らかになるこの目的並びにこれらの目的および他の目的は、添付の特許請求範囲による顆粒状の、好ましくは金属合金をベースとした生体適合性材料によって達成される。
本発明の更なる特徴および利点は、非制限的な例として提供され、添付の図面に示された以下の詳細な説明からより明らかになる。
本発明によれば、手術段階中、一旦所定位置に配置されると、顆粒の挿入および、一旦所定位置に配置させると骨結合を同時に可能にさせる性質を備える、生体適合性金属材料、さらに詳しくは、チタンおよび／またはチタン合金ベースの生体適合性金属材料で作られた顆粒が、作られる。
用語「顆粒(granules)」は、本願の記載では、任意の幾何学的形状、好ましくは、しかしこれに限定されずに、球形形状を有し、数ミリメートルオーダの、好ましくは７ｍｍよりも小さい、さらに一層好ましくは、しかし必要的にではなく、４〜６ｍｍの平均寸法を有する中実粒子を示すために使用されている。
これらの顆粒が球形形状を有する場合、これらの顆粒は、数ミリメートルの、好ましくは７ｍｍよりも小さい、さらに一層好ましくは、しかし必要的にではなく、４〜６ｍｍの外径によって特徴付けられる。
本発明の好ましい実施形態によれば、前記顆粒は、球形形状を有し、特に、前記顆粒は、中実球形構造を有する。
より少なく好ましい変形例によれば、前記顆粒は、中空球形構造を有してもよい。
好ましくは、前記球は、多孔性外表面を有する。
さらに一層好ましくは、前記球の表面は、骨結合を促進するように、小柱状および有孔構造を有する。本発明による小柱状構造を有する中実または中空外表面を備えた顆粒または球形粒子は、高エネルギー電子ビームによる粉末（金属またはポリマー）の局在化精密鋳造によって出願人によって得られた。
今日では、英語の表現Electron Beam Meltingの頭字語であるEBMとして知られているこれらの技術は、電子ビームをその作用において案内するコンピュータ化された機械によって処理され完成品のコンピュータ図面から出発して作られるべき異なる表面粗さを備えたさらに大変複雑な幾何学的形状を有する物体を可能にする大変前衛的な製造技術である。
電子ビーム溶解(EBM)は、インプラントのための構造を製造するための比較的新しいラピッドプロトタイピング技術であり、複雑な３次元幾何学的形状を作ることを可能にする。
この技術を使用して、多くの表面特徴を、非セメント化補綴具のための骨結合、増殖、および、分化のための表面最適構造を発展させるように設計することができる。
本発明によれば、この技術を、金属材料または金属合金で作られ、小柱状表面、および、骨結合および骨の再生を可能にし、実際に促進する表面粗さを有する顆粒を作るために使用することができる。
好ましくは、本発明による顆粒は、ほぼ百ミクロンオーダの１つの小柱と隣の小柱との間の孔寸法を備えた規則正しい小柱状構造を有する。
図５には、小柱状構造を有するチタン表面の１つの例が示されている。
図６は、小柱骨の構造の電子顕微鏡図を示す。
さらに詳しくは、規則正しい小柱状構造は、３００〜１０００ミクロン、好ましくは４００〜８００ミクロンの孔径を備えた多孔性を有し、さらに一層好ましくは、孔径は、約６００ミクロン、好ましくは６４０ミクロンである。
特に、天然の小柱骨の弾性率に大変類似した弾性率により、チタンまたはチタン合金で作られた小柱状構造は、荷重の生理学的伝達を回復し、骨の損傷を防止し、実際に、骨の再生を促進する。
小柱状チタンは、骨結合を刺激することができ、生体内研究により、移植の３週間以内に、既に骨芽細胞の十分なコロニー形成があることが証明されており、他方、生体内研究により、２６週間で新しい層板骨形成を伴う良好な骨結合が既に示されている。
本発明の好ましい実施形態によれば、生体適合性材料の顆粒は、金属材料、好ましくはチタンまたは、例えばチタン-アルミニウム-バナジウムTiAl4V合金若しくは純分等級２チタン若しくはクロム-コバルト合金等のチタン合金、或いは生体適合性に関し同様な特徴を有し、骨再生を促進することができる他の材料で作られている。
上述したように、椎骨形成術または椎体形成術は、バルーンまたは、今悪化されている海綿骨が圧密されることを可能にし、椎骨の本体の内腔が広げられることを可能にする類似のシステムの使用を可能にする。
技術水準で使用されているセメントに代わる本発明による顆粒の使用の場合においてさえ、外科技術は全く不変のままである。
一旦バルーン、または他の類似の装置が引っ込められ、椎骨のキャビティが準備された後に、外科医は、PMMA（ポリメチルメタクリレート）に代わる本発明による顆粒の挿入に進む。
本発明による顆粒の含有は、好ましくは、バルーンおよびPMMA（ポリメチルメタクリレート）の挿入による椎骨形成術で現在使用されているカニューレと同一の、または全く類似のカニューレを経て生じるのがよい。
したがって、本発明の顆粒は、セメントを従来技術のシステムにより現在堆積させるのと同じ方法により、椎骨の主本体の腔内に堆積されるのがよい。
顆粒によって充填されなければならない容積は、ほんの数ｃｃ、さらに詳しくは、１．５-２．０ｃｃである。
上述の記載によれば、顆粒を椎骨のキャビティ内に挿入する手段であるカニューレの径よりも必然的に小さいミリメートルオーダの中寸法を有し、いずれにしても、限られた数の顆粒は、利用可能な容積を容易に充填する。
カニューレを通した顆粒の挿入を容易にするために、有利には、しかし必要的にではなく、生理食塩水、漿液、或いは摩擦を減少させることによってカニューレ内で顆粒の滑動を助けることができる他の物質のような担体物質の使用が提供されるのがよい。
再び、顆粒は、有利には、顆粒の互いに対する相対運動を制限するのに適した連結手段によって互いに連結されて、鎖を形成するのがよい。
さらに詳しくは、本発明の好ましい実施形態によれば、顆粒は、実質的に球形の中空形状を有し、各々の球は、直径方向両側位置に位置する１対のスロットを有し、前記スロットの各々は、隣接した顆粒の対応するスロットに相互連結される。
球形の顆粒の実際の鎖は、このようにして顆粒の互いに対する相対運動を制限するように作られる。
この好都合な、すなわち、顆粒の相対運動を制限する連結手段の存在により、顆粒によって規則正しく充填された椎骨の腔内で顆粒を圧密するという更なる利点が得られる。顆粒を互いに連結することにより、外科医による椎骨腔内での顆粒の堆積工程の制御が可能となる。
一旦顆粒が椎骨腔を均一に充填した後は、主安定性は、顆粒が圧密態様で腔を充填し、荷重を均一に伝達するということによって保証される。
チタンおよびその合金は、特に、文献では、生体適合性であり、小柱骨の再生、かくして、悪化された骨の治癒を促進することができる特性を有するものとして知られており、これは、現在のPMMA（ポリメチルメタクリレート）のような不活性材料では達成することが不可能な結果である。
椎体形成術または椎骨形成術における前記顆粒の使用もまた、本発明の対象である。
１０ 椎骨
１１ 主本体
１２ 海綿骨
１３ 突起
２０ カニューレ
３０ バルーン
１１ 主本体
１２ 海綿骨
１３ 突起
２０ カニューレ
３０ バルーン
Claims (6)
- 生体適合性金属材料または前記金属の合金で作られた顆粒であって、前記顆粒は、３〜４ｍｍの外径を有し、海綿骨との骨結合、骨細胞の増殖および分化を促進するために４００〜８００ミクロンの孔径を備えた多孔性の小柱状構造を有する外表面を有する中実球形構造を有する顆粒。
- 前記顆粒は、６４０ミクロンの孔径を備えた多孔性を有する、請求項１に記載の顆粒。
- 前記顆粒は、チタンまたはチタン合金で作られている、請求項１または２に記載の顆粒。
- 前記顆粒は、３．３ｍｍの外径を有する、請求項１に記載の顆粒。
- 前記顆粒の各々は、該顆粒が互いに連結されて鎖を形成するように、各顆粒を少なくとももう１つの顆粒に連結する連結手段を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の顆粒。
- 少なくとも１つの高エネルギー電子ビーム（EBM）またはレーザによる粉末の局在化微細融合ステップを可能にする製造技術によって作られる請求項１に記載の顆粒の製造方法。
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