JPH08504648A - 横方向の膨らみの少ないヒドロゲル椎間円板核 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 椎骨円板用の補綴核（１０）は、ヒドロゲル物質より製造される。ヒドロゲル補綴核は、天然の髄核にほぼ一致する形状を有し、それは、高圧縮負荷下で横方向の膨らみが少ない。ヒドロゲルは、水含量３０％〜９０％を有し、圧縮強さ４MNm-²以上を有する。ヒドロゲル物質が脱水される時、それは、水和されたヒドロゲル核の寸法の半分以下の寸法を有する。補綴核は、組合わせた時、天然核にほぼ一致する形状を有するヒドロゲル物質（４２，４４）の２つ以上の片より形成される。補綴核は、剛性の後方周辺（２４）および／または厚い前方壁（２８）を有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 横方向の膨らみの少ないヒドロゲル椎間円板核 発明の背景 １． 発明の分野 本発明は、補綴椎間円板核に関する。さらに詳しくは、本発明は、核の一定部 分での少ない横方向の膨らみおよび／または高圧縮負荷下での少ない狭まりを示 すヒドロゲル物質製の人工円板核に関する。 ２． 従来技術の説明 椎間円板は、解剖学的および機能的に複雑な関節である。それは、３つの構造 物：すなわち、髄核（以降、“天然核”と称す）、繊維輪および椎骨終板によっ て構成される。 椎間円板の退化は、老化によるものが多く、背中の痛み（back pain）の一般 的な原因であると考えられている。背中の痛みのさらなる原因は、椎間円板の置 き換えである。これらいずれの場合にも、髄核は、脊柱管または椎間孔に脱出お よび／または突出する。大部分の脱出および突出は、円板の輪が一般に腹側（前 方）よりも薄くて弱い円板の背側（後方）または後方／横方向側で生ずる。円板 は、一部閉塞した孔を通して、脊柱管を出る脊髄神経を押圧し、その分布領域に 苦痛又は麻痺を生ずる。 退化もしくは置き換えられた円板は、天然の円板全体を人工の円板で代替する ことによって処置される。種々の人工円板は、以下の米国特許：Stubstad et al ．に対する3,867,728；Froningに対する3,875,595；Patilに対する4,309,777；K ennaに対する4,714,469；Kuntzに対する4,349,921；Ray et al．に対する4,772, 287；Kuntzに対する4,904,260；Lee et al．に対する4,911,718；および、Frey et al．に対する4,932,969（これらの文献は、全て、本明細書で引用し、前述の ものを含め、ここに、それら全体を本出願の参考とする。）に開示されている。 これとは別に、退化もしくは置き換えられた円板は、円板全体というよりもむ しろ、天然核のみを代替することによって処置される。Bao et al．に対する米 国特許No．5,047,055は、椎骨円板用の補綴核に関する。補綴核は、脱水された 時、 水和されたヒドロゲル核の寸法の半分以下の寸法を有するヒドロゲル物質製であ る。それは、脱水された状態で移植することができ、十分に水和した時、それは 、天然核とほぼ一致する寸法および形状を有する。造形されたヒドロゲルは、そ れがポリマーマトリックス中での架橋または強い水素結合により形状記憶性を有 するので、天然核よりもはるかに高い構造保全性を有する。しかし、変形を拘束 する境界が存在しない場合、それは、なお、高圧縮負荷下で、大きい横方向の膨 らみを示す。本出願で使用する横方向の膨らみとは、核の側周辺に沿って生ずる 膨らみを意昧する。 通常、造形されたヒドロゲル補綴核の挿入は、円板輪または終板の除去を必要 とせず、したがって、ヒドロゲル核の横方向の膨らみは、伸びた輪繊維の復元力 および終板の外部力によって制限される。また、その構造保全性ゆえに、ヒドロ ゲル核は、一般に、先に脱出した部分または退化した核を取り出すためになされ た切開口を介して、脱出したり、膨らんだりしない。しかし、場合によっては、 切開口または先に脱出した部分が、特に大きくなるか、輪繊維の復元力が、繊維 損傷により小さくなることがある。このような場合、さらなる脱出または繊維損 傷を防ぐために、造形されたヒドロゲルの横方向の膨らみを少なくすることが重 要である。 発明の概要 本発明の目的は、その静水圧を外部負荷と均衡させることのできるヒドロゲル 物質によって構成され、高圧縮負荷下で大きな横方向の膨らみを有しない円板用 の補綴核を提供することである。本発明のもう一つの目的は、核の特殊な部分に 沿って、例えば、核の後方側および／または損傷を受けた輪繊維の位置に対応す る核の側面で、膨らみを少なくすることである。本発明のもう一つの目的は、高 圧縮負荷下で、大きな横方向の膨らみを有しないか、または、核の特殊な部分に 沿って、膨らみの少ない補綴核を製造するための方法を提供することである。 広くは、本発明は、椎間円板の退化もしくは損傷した核を除去した後、円板空 間に移植するための補綴核に係る。補綴核は、十分に水和した時、天然核または 退化もしくは損傷した核の除去後に生ずる空洞の形状にほぼ一致する寸法および 形状；水含量約３０％〜約９０％；および、圧縮強さ約４MNm-²以上を有する生 物適合性のヒドロゲル物質を含む。核周辺の少なくとも一部は、核周辺の他の部 分と比較して、横方向の膨らみが少ない。好ましくは、核周辺の少なくとも一部 に沿う非拘束の横方向の膨らみは、圧縮負荷１０N下にある時、約４．００mm未 満である。好ましい実施態様において、核は、十分に水和した時、天然核にほぼ 一致する寸法および形状；水含量３０％〜９０％；および、圧縮強さ約４MNm-² 以上を有する生物適合性のヒドロゲル物質を含み、核モジュラスは、０．１〜１ ．５MPaであり、核モジュラスは、核周辺の少なくとも一部が核の最も柔軟な部 分よりも少なくとも１０％以上大きいモジュラスを有するように変動し、核周辺 壁は、高さ少なくとも１mm変動する。もう一つの好ましい実施態様において、核 の周辺全体に沿う非拘束の横方向の膨らみは、圧縮負荷１０N下にある時、約４m m未満である。 本発明は、また、補綴核を形成するための方法に係る。１つの方法は、（ａ） 十分に水和した時の水含量約３０％〜約９０％と圧縮強さ約４MNm-²以上とを 有する結合された生物適合性のヒドロゲル物質の塊を形成し；（ｂ） 天然ヒト 円板核にほぼ一致する形状にヒドロゲルの塊を造形し；（ｃ） 核周辺の少なく とも一部を剛化する、各工程を含む。第２の方法は、核の中央部と周辺部とをダ イヤフラムで分離し、第１の液体モノマーを中央部に、第２の液体モノマーを周 辺部に注入し、第１のモノマーが第２のモノマーよりもより柔軟なゲルを生成す るように液体モノマーが硬化されることによって、結合された生物適合性のヒド ロゲル物質の塊を形成することを含む。第３の方法は、（ａ） 十分に水和した 時の水含量約３０％〜約９０％と圧縮強さ約４MNm-²以上とを有する結合された 生物適合性のヒドロゲル物質の塊を形成し；（ｂ） 前方壁が後方壁よりも少な くとも約１mm厚い天然ヒト円板核にほぼ一致する形状にヒドロゲルの壁を造形す る、各工程を含む。第４の方法は、第１の部分が第２の部分よりもより拘束の少 ない横方向の膨らみを有する第１の部分と第２の部分とを周辺が含む、周辺と中 央とを有する補綴核を形成するための方法であって、該方法が、（ａ） 周辺の 第１部分が周辺の第２部分の下になるように、核型を配置し；（ｂ） 少なくと も２種のＰＶＡ溶液が異なる密度を有する１種を越えるＰＶＡ溶液を型に注ぎ； （ｃ） ＰＶＡ溶液を硬化させて、補綴核を形成し；（ｄ） 硬化した補綴核を 型から取り出す、各工程を含む方法である。 ヒドロゲル補綴核は、一般に、正規の椎間板切除処理法において取り除かれ、 その平衡水含量に水和した時、水含量少なくとも約３０％、好ましくは、約７０ 〜約８５％を有し、要すれば、約９０％以下を有し、圧縮強さ少なくとも約４メ ガニュートンパー平方メートル（MNm-²）以上を有する、天然核に一致する形状 および寸法を有する。好ましくは、核外部表面の少なくとも一部は、他の外部部 分よりも剛性である。輪が、損傷によるかまたは外科的切除により幾分弱さを示 す部分に近い剛性の後方周辺または剛性部分を有することが特に好ましい。 もう一つの好ましい実施態様において、核の１つの壁部分は、より薄い壁部分 の横方向の膨らみを少なくするために、もう１つの壁部分よりも厚い。さらに好 ましい実施態様において、核の前方壁部分は、後方周辺の横方向の膨らみを少な くするために、後方壁部分よりも厚い。 もう一つの好ましい実施態様において、核の１つの壁部分は、より薄い／より 剛性の壁部分の横方向の膨らみを少なくするために、もう１つの壁部分よりもよ り厚く、かつ、より剛性でない。さらに好ましい実施態様において、核の前方壁 部分は、後方周辺の横方向の膨らみを少なくするために、後方壁部分よりもより 厚く、かつ、より剛性でない。 本発明のこれらおよび他の目的ならびに利点は、本発明の数個の実施態様を開 示する添付の図面についての以下の説明より明らかとなるであろう。図面は、本 発明を例示するために使用するものであり、本発明を何ら限定するものではない ことを理解する必要がある。 図面の簡単な説明 図面において、同一の参照符号は、数個の図面にわたって同一の機素を表し、 図面において、 図１は、露出した核を有する１個の椎骨円板の等角図であり； 図２は、脱水された状態で示した本発明の補綴核を有する円板の一部断面立面 図であり； 図３は、水和された状態の本発明の補綴核を示す図２の円板であり； 図４は、後方側の剛性周辺を示す本発明の補綴核の等角図であり； 図５は、弱化した輪を保護するための剛性部分後方−横方向側を示す本発明の 補綴核の等角図であり； 図６は、厚い前方壁を示す本発明の補綴核の側面図であり； 図７は、後方側の剛性周辺と厚い前方壁とを示す本発明の補綴核の等角図であ り； 図８〜図１０は、椎骨内に移植された水和状態の本発明の２部分補綴核の３つ の実施態様を示し； 図１１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、負荷前後の核の寸法を示す本発明の 補綴核の等角図および概略図であり； 図１２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の剛性と負荷後の核の寸法と を示す本発明の補綴核の等角図および概略図であり； 図１３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、負荷前後の核の寸法と剛性とを示す 本発明の補綴核の等角図および概略図であり； 図１４は、本発明の補綴核の平面図であり； 図１５は、ＰＶＡヒドロゲルの応力対歪み試験の結果を示すグラフであり； 図１６は、ＰＶＡヒドロゲルのクリープ（creep）試験の結果を示すグラフで あり； 図１７は、一定の圧縮負荷の下でのＰＶＡヒドロゲルの水含量の変化対時間の 結果を示すグラフである。 好ましい実施態様の説明 好ましい実施態様における図１〜図１４を参照すると、参照符号１０で一般に 表される本発明の補綴核は、水和された時、天然核の概略形状と一致するように 造形される。核は、椎骨１４の円板１２に移植され、天然の輪繊維１６によって 取り囲まれる。椎骨終板２０および２２が、それぞれ、核１０の上方面３４およ び下方面３６を覆う。後方周辺２４は、好ましくは、前方周辺２６よりも剛性で ある。核１０の好ましい物質は、ヒドロゲル物質であり、好ましくは、高度に加 水分解されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）である。 天然ヒト腰椎剌のモジュラスが７．４２〜約１５MPaの範囲にあることが文献 に報告されている（Lee et al.，Fiber-Reinforced Functional Disc Prothesis ， 35th Annual Meeting，Orthop．Res．Soc.，1989；and Zimmerman et al.，T he Mechanical Properties of the Canine Lumbar Disc and Motion Segment， S pine，17，No．2，p．213，1992）。健康な円板の核にかかる平均応力が輪にか かるそれよりも高いので、ヒドロゲル核のモジュラスは、ヒト腰椎円板のそれよ りも幾分高いが、網状組織製の椎骨体の中央部に過剰の圧縮応力がかかるのを回 避するために、ヒドロゲル核のモジュラスを円板のそれ未満とすることが望まし い（McNally and Adams，Intervertebral Disc Mechanics as Reviewed by Stre ss and Profilometry ，Spine，17，p．66，1992）。核移植体にかかる過剰の応 力は、終板に損傷を生じ、シュモール（Schmorl）節の発生をもたらす。したが って、前方周辺２６は、好ましくは、剛性約０．１〜約１．５メガパスカル（MP a）を有し、後方周辺２４は、好ましくは、前方周辺２６の剛性よりも少なくと も約１０％少ない剛性、好ましくは、前方周辺２６の剛性よりも少なくとも約３ ０％少ない剛性を有する。ヒドロゲル移植体の前方側から後方側への剛性の増大 は、徐々にであっても、急激にであってもよい［本明細書で使用する場合、剛性 および柔軟性は、メガパスカル（MPa）の単位のモジュラスとして表される。］ 。 本発明の核は、圧縮負荷１０Nの下での核周辺の少なくとも一部に沿った非拘 束の横方向の膨らみが約４．００mm未満、好ましくは、約０．５０〜３．００mm 、特に好ましくは、約０．７０〜１．５０mmとなるように、横方向の膨らみが少 なくともよい。 円板の異なる位置での通常の圧縮負荷の下での円板の高さは、一般に変動する 。上方腰椎レベルでは、例えば、２つの隣接する椎骨体がほぼ平行であり、下方 腰椎レベル、特にＬ５−Ｓ１円板レベルでは、円板は、後方高さよりも高い前方 高さを有するウエッジ形状を示す。このジオメトリーは、補綴核の寸法を決定す るのに考慮に入れる必要がある。前方壁２８は、後方壁３０よりも少なくとも１ mm 厚いのが好ましく、さらに好ましくは、２〜３mm厚いのがよい。 脱水されたヒドロゲルの膨張因子は、そのヒドログルの平衡水含量（ＥＷＣ） に依存する。それは、３８％ＥＷＣのヒドロゲルに対する１．１９から８０％Ｅ ＷＣのヒドロゲルに対する１．７３へと変動することができる。８０％ＥＷＣヒ ドロゲルに対して、脱水された補綴核の体積は、水和されたものの約２０％に過 ぎない。 円板における水和後、ヒドロゲル核は、一般に、それより核が切除された空洞 内に緊密に拘束される。拘束力は、伸びた輪繊維の復元力と終板を介する外部力 とである。輪および終板よりの拘束は、一般に、ヒドロゲル核の動きを制限し、 それが空洞より膨らんだり、脱出したりするのを防止する。しかし、先に脱出し た部分または切開部が特に大きい場合か、または、伸びた繊維の復元力が繊維の 損傷ゆえに少ない場合には、膨らみおよび脱出は、本発明の横方向の膨らみが少 ないことによって、減少されるかまたは防止される。 補綴核は、ヒドロゲル物質の２つ以上の片によって形成され、その各々が、組 合わせた時に、それらがほぼ天然核に一致する形状を有するように造形される。 ２片の補綴核を使用すると、移植が容易となり、これは、脱水または非水和状態 のヒドロゲル物質によって行われる。好ましい実施態様において、１つの片は、 池の片よりもより柔軟であり（剛性がより少なく）、より剛性の片は、後方位置 に移植することができる。 市販されているＰＶＡ粉末よりＰＶＡヒドロゲルを製造する一般的な技術は、 米国特許4,663,358に開示されている。典型的には、１０〜２５％ＰＶＡ粉末が 、溶剤、例えば、水、ジメチルスルホキシド、エチレングリコールまたはそれら の混合物と混合される。ついで、スラリーは、均一なゲルが形成されるまで、加 熱および振盪される。ついで、ゲルは、補綴核の形状と寸法とを与える、金属、 プラスチックまたはゴム型に注ぐかまたは注入される。ゲルを結晶化させるため に数時間−１０℃以下に冷却した後、造形されたＰＶＡゲルは、有機溶剤が全て 水で交換されるまで、水で、浸透および濯がれる。水和されたＰＶＡゲルは、つ いで、移植のために脱水される。かくして製造されたＰＶＡヒドロゲルは、表１ に 示すように、水含量６０〜９０％と、モジュラス０．０７〜１．３３MPaとを有 する。 ＰＶＡが好ましい補綴円板に使用されるものの、池のヒドロゲル、例えば、２ −ヒドロキシエチルメタクリレートの軽く架橋されたポリマー類またはコポリマ ー類およびＮ−ビニルモノマー［例えば、Ｎ−ビニル−２−ビロリドン（Ｎ−Ｖ Ｐ）］、ヒドロキシアルキルメタクリレートエステル［例えば、２−ヒドロキシ エチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）］、アルキルメタクリレート［例えば、メチ ルメタクリレート（ＭＭＡ）］、エチレン性不飽和酸［例えば、メタクリル酸（ ＭＡ）］およびエチレン性不飽和塩基［例えば、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル メタクリレート（ＤＥＡＥＭＡ）］のモノマー類の組み合わせにより製造される ターポリマー類を使用することもできる。 登録商標ハイパン［ＨＹＰＡＮ（ヒドロゲルポリアクリロニトリル）］は、ヒ ドロゲル核として使用することのできるもう一つのタイプのヒドロゲルである。 このヒドロゲルは、架橋ヒドロゲルと違って、ヒドロゲルの良好な機械的性質と ヒドロゲルに良好な水結合能を与える軟質の非晶質親水性ブロックとを与える硬 質の結晶質ニトリルブロックを有するマルチブロックコポリマー（ＭＢＣ）構造 を有する。異なる水含量および異なる機械的性質の登録商標ＨＡＹＰＡＮヒドロ ゲルを製造する方法は、米国特許4,337，327、4,370，451、4,331，783、4,369 ，294、4,420,589、4,379,874および4,631,188に開示されている。この物質の装 置は、サーモプラスト（thermoplasts）として溶融圧縮するか射出成形すること ができる。 一般に、軟質コンタクトレンズ用に使用することのできるヒドロゲルは、ヒド ロゲルが圧縮強さ少なくとも４MNm-²を示す限り、いずれも使用することができ る。これら物質の大部分は、コンタクトレンズとして使用することを是認された ＦＤＡである。当然のことながら、コンタクトレンズと異なり、不透明な物質も 許容されることから、多くの他のヒドロゲル組成物を使用することもできる。こ れらポリマー類およびコポリマー類を製造する技術は、数多くの米国特許に開示 されている。これらヒドロゲルの水含量は、ボリマコン［polymacon（polyＨＥ ＭＡ）］に対する３８％からリドフィルコンＢ（Ｎ−ＶＰおよびＭＭＡのコポリ マ ー）に対する７９％まで変化させることができる。 これらヒドロゲル製の補綴核は、例えば、注型または機械的裁断によって製造 することができる。注型において、開始剤またはポリマー溶液との液体モノマー 混合物は、所定の形状および寸法の型に注ぎ込まれる。それは、ついで、型内で 硬化される。機械的な裁断の場合において、ポリマーは、補綴核より大きいブロ ックまたはロッドの形態で同様にして製造することができる。ついで、ポリマー は、核の形状および寸法に裁断される。いずれの場合においても、水和の際のポ リマー膨張によるヒドロゲル膨張／収縮因子は、型または裁断補綴核の寸法を決 定するのに考慮に入れる必要がある。 本発明は、核周辺の全部または一部が高圧縮負荷の下で少ない横方向の膨らみ を示す核を考えたものである。ある場合には、患者は、輪繊維および椎骨終板に 大きな損傷を有し、したがって、周辺全体に沿って膨らみの少ない補綴核を挿入 することが有益である。これは、核の周辺全体を核の中央よりも剛性とすること によって達成される。しかし、さらに典型的には、少ない横方向の膨らみは、輪 繊維または椎骨終板の特定の弱さに対応する核周辺の一部に沿って必要とされる のみか、特に大きな切開部または脱出部を補償するために必要とされるのみであ る。最も典型的には、少ない横方向の膨らみは、大部分の脱出が発生する後方側 においてのみ必要とされる。横方向の膨らみは、後方側で、例えば、後方周辺を 前方周辺よりも剛性としおよび／または前方壁を後方壁より厚くすることによっ て小さくされる。前方壁が後方壁よりも厚い時、前方壁は、膨らみが後方側より もむしろ前方側で発生しやすいように、より多くの圧縮負荷を吸収しやすい。 図４および図１４を参照すると、剛性の周辺を有ずる核１０は、中央部３２お よび周辺部２４，３８をダイヤフラムで分離することによって、注型法により製 造することができる。ダイヤフラムは、適当な物質、例えば、金属またはプラス チック製であり、ダイヤフラムは、好ましくは、薄い。ついで、より剛性のゲル を生ずるモノマー混合物が周辺部２４，３８に注入され、より柔軟なゲルを生ず るモノマー混合物が中央部３２に注入されるように、これら２つの部分に２種の 異なる液体モノマー混合物を注入する。好ましくは、これら２種のゲルの収縮係 数は、塩水中での平衡の間に、移植体における有意な内部応力を回避するに近い ようにする。ついで、ダイヤフラムは、取り除かれ、溶液は、ゲル点に近づく。 一般に、ゲルが高粘度であるので、ダイヤフラムを除去した後、ゲル間に大きな 拡散は存在しない。ゲルの局部的な浸透は、好ましくは、２つの部分間に強力な 接着を生ずる。 剛性の後方核を製造するためのこれとは別の方法は、互いに異なる剛性の２つ のＰＶＡヒドロゲルを成形することである。高い剛性を有するゲルを生成するＰ ＶＡ溶液の密度は、通常、低い剛性を有するゲルを生成するＰＶＡ溶液よりも大 きい。また、６０〜１００℃での１０〜２５％濃度のＰＶＡ溶液は、非常に粘性 である。かくして、２つの異なるＰＶＡ溶液を型に注ぐ時、密度の高い溶液（よ り剛性のゲルを生ずる）は、一般に、底に沈降する。後方側が底になるように型 が配置されている場合、移植体は、より剛性の後方壁を有する。異なる密度のＰ ＶＡの２つの部分間の接着は、通常、非常に良好である。 剛性の周辺を有する核１０は、また、アニーリング技術によっても製造するこ とができる。例えば、剛性後方周辺を有する核は、最初に、核を注型または旋盤 裁断し、ついで、温度約８０〜約１５０℃を有する油浴に、温度に応じ、数分間 以上、後方壁を浸漬することにより後方周辺を加熱することによって製造するこ とができる。典型的には、それは、後方壁を１２０℃の油浴に約１〜約１０分間 以上浸漬ことで十分である。このような加熱は、加熱されるＰＶＡをさらに結晶 化し、したがって、非加熱部分よりも剛性とすると考えられる。 種々の壁厚さを有する核は、注型または裁断法によって製造することができる 。注型において、型は、一般に、コンピュータトモグラフィ［computer tomogra phy（ＣＴ）］または磁気共鳴画像（ＭＲＩ）スキャンによって測定して、円板 に対して、後方壁厚さよりも約１mm以上厚い前方壁で製造される。裁断法におい て、膨潤後、移植体の厚さの差は、比例して増大するので、前方壁の超厚さは、 約１mm未満であってもよい。 種々の形状の補綴核１０は、退化した円板の機能を修復するのに必要とされる ように設計することができる。好ましい実施態様において、補綴核は、天然核の 形状および寸法に近似し、図１に示したように、長円形に類似している。水和さ れた補綴核の正確な寸法および形状は、種々の個体と移植体が挿入される円板の レベルに従い変化する。典型的な成人の核は、半短径軸で約１７mmであり、半長 径軸で約３０mmであり、厚さ約１１mmである。 図４は、剛性の後方周辺２４を有する核１０を示す。剛性のヒドロゲル物質は 、緻密なドットマトリックスによって示されている。後方周辺２４は、一般に、 核１０の他の部分、例えば、中央部３２または後方周辺２６よりも少なくとも１ ０％剛性である。図５は、剛性の後方−横方向４０側を有する核１０を示す。こ のような核１０は、弱くなった輪を保護することができる。再度、剛性のヒドロ ゲル物質は、緻密なドットマトリックスによって示されている。 図６は、厚い前方壁２８を有する補綴核の側面図である。前方壁高さＨは、後 方壁高さｈよりも高く、好ましくは、１mm以上高く、特に好ましくは、２〜３mm 高い。核の上方側３４および下方側３６が示されている。１つの壁が他の壁より 厚い実施態様においては、後方側で膨らみを少なくするために、前方壁が、一般 に、後方の壁よりも厚い。しかし、場合によっては、患者の特殊な要件に合致す るために、他の壁（例えば、後方壁）が厚くなる。図７は、後方周辺での膨らみ を少なくするための好ましい実施態様を示す。後方周辺２４は、緻密なドットマ トリックスによって示したように、剛化したヒドロゲル物質製であり、後方壁３ ０の高さ（ｈ）は、前方壁２８の高さ（Ｈ）よりも低い。 図８〜図１０に示した別の実施態様において、補綴核は、天然核の組み合わせ 形状を有する２つの半分を有する。２部分移植体の数個の仕様を使用することが できる。これらの第１のものは、核を縦に分割することによって製造される（図 ８）。他のものは、核を横に分割することによって製造される（図９）。もう一 つの仕様は、２つの半分を横方向に分割することである（図１０）。２部分仕様 の主要な利点は、切開部をさらに小さくすることができ、手術中に、移植体を操 作しやすいことである。好ましい実施態様において、後方半分４２は、前方半分 ４４よりもより剛性の物質より製造される。これとは別に、後方−横方向の半分 ４６を前方横方向の半分４８よりもより剛性の物質で製造することもできる。 もう一つの好ましい実施態様において、核の中央部は、柔軟なままであり、低 いモジュラスを維持するものの、核周辺は、それが輪の機能を模倣し、例えば、 それが高い引っ張りモジュラスと比較的低い圧縮モジュラスとを有するように製 造される。核の中央部が圧縮され、膨らみ始めると、移植体の高引っ張りモジュ ラス周辺スキンが、境界層のように機能し、柔軟な中央部の横方向の膨らみを制 限する。移植体の高引っ張りモジュラス周辺表面は、該表面上での熱処理または 化学的な処理（架橋）によって達成される。 移植体の表面は、平滑であっても、または、円板空洞内の補綴物の安定性を高 めるために、横方向の溝（図示せず）を有してもよい。天然のヒト円板において 、上方表面および下方表面は、凸状である。同様に、補綴核は、それが切除処置 によって生じた空洞内において緻密、かつ、均一に咬み合うように、両側に凸状 の表面を有することが好ましい。緻密な咬み合いは、負荷を均一に補綴核上に分 布させ、移植体の特定の部分に過剰な負荷がかからないようにする。 本発明は、非拘束条件下で試験した時に、横方向の膨らみが少ないことを示す 。円板の一定部分においてこのように膨らみが少ないと、輪が厚くて、強いかま たは損傷を受けない部分に及ぼすよりも、輪が薄くて、弱いかまたは損傷した部 分に及ぼすより緩い応力（hoop stress）を生ずる。この低減された緩い応力は 、輪のさらなる損傷の危険性を少なくする。実施例 １ 上記したように１０〜２５％ＰＶＡ粉末より製造される７４％水含量のＰＶＡ ヒドロゲルの応力対歪み曲線を図１５に示す。核が拘束されている拘束環境を刺 激するために、中央における壁厚さ１／８”を有する可撓性のチゴン（Ｔｙｇｏ ｎ）チューブを有する各側上に２つの硬質の金属スリーブを有する接続３片試験 取付具に、径１．０”および高さ０．８”のＰＶＡヒドロゲル円板を拘束した。 ３つの片全部が内径１”を有する。ついで、ＰＶＡヒドロゲルを試験取付具の両 端に挿入された２つの径１”の固体シリンダー間に圧縮し、登録商標インストロ ン（ＩＮＳＴＲＯＮ）試験器で圧縮し、応力対歪み曲線を記録した。この試験応 力範囲下でのゲル化は、ヒドロゲルを横方向に約１〜２mm膨らませ、これは、ヒ ト脊椎円板試験で先に報告された横方向の膨らみに近い（Reuber，M.，et al，J ournal of Biomechanical Engineering，volume 104，1982，p．187）。再び、 本発明の補綴核の方向性を持った膨らみの度合いは、輪の復元力に大きく依存す る。ＰＶＡヒドロゲルのこの応力対歪み曲線は、ＰＶＡヒドロゲルが同様または それ以上の負荷抵抗特性を椎間円板に付与することを示した。４，０００N以下 の圧縮負荷をヒドロゲルに作用させ、ヒドロゲルが種々の姿勢で通常身体によっ て生ずる過剰の負荷に耐えるに十分に強いことを示した。実施例 ２ 図１１を参照すると、図１１（ａ）に示したように、径１．２１２”と厚い側 の高さ（Ｈ）０．７６５”と薄い側の高さ（ｈ）０．６０３”とを有する丸いヒ ドロゲル円板を圧縮負荷１２Nで圧縮した。２つのリニアバリアブルデイファレ ンシャルトランスフォーマー［Two Linear Variable Differential Transformer s（ＬＶＤＴ）］を、負荷をかける前に、厚い側と薄い側との壁に接触させて置 いた。円板に負荷をかけ、２つの側の横方向の膨らみを記録した［図１１（ｂ） ］。１２Nで、厚い側の膨らみ（Ｄ）が４．３１mmであり、薄い側の膨らみ（ｄ ）が１．４９mmであった。実施例 ３ 図１２を参照すると、図１２（ａ）に示したように、径１．３０８”と高さ０ ．９１２”とを有する丸いヒドロゲル円板を、幅の約１／５が表１の実施例４の 配合を有し、幅の４／５が表１の実施例１８の配合を有するように成形した。緻 密なドットマトリックスは、例４の配合を示し、影をつけない部分は、例１８の 配合を示す。円板は、１０Nに負荷され、２つのＬＶＤＴを円板の柔軟な側と剛 性の側の両方に置いた。柔軟な側の膨らみ（Ｄ）は、１．５５mmであり、剛性の 側の膨らみ（ｄ）は、０．９７mmであることが判明した［図１２（ｂ）］。実施例 ４〜２２ 以下の表１に記載するＰＶＡヒドロゲル溶液は、一般に、本発明における使用 に対して適当である（表１に示すように、ＰＶＡは、ポリビニルアルコールを意 味し；ＭＷは、分子量を意昧し；モジュラス（Ｅ）は、メガパスカル（MPa）単 位 であり；収縮係数は、溶剤交換後のＰＶＡ寸法を溶剤交換前のＰＶＡ寸法で割る ことによって決定される）。例えば、核は、後方側の剛性のヒドロゲル（例えば 、実施例５および６）と前方側の柔軟なヒドロゲル（例えば、実施例１６〜１９ ）とを合む。これとは別に、核は、均一なヒドロゲルを含み、他方よりも厚い１ つの壁を有することもできる。 図７に示した特に好ましい実施態様は、周辺の他の部分よりもより剛性で、か つ、より薄い少なくとも一部の周辺を有する核である。図１１（ｂ）に矢印で示 したように、円板の厚い側にかかる応力は、円板の薄い側にかかる応力よりも大 きい。異なる側にかかる厚さの変動が大きすぎる場合には、厚い側にかかる応力 は、望ましくない程に大きくなり、円板にかかる通常の応力を上回る。かくして 、１個の円板の厚さおよび剛性をともに変化させることが好ましい。剛性および 厚さを徐々に変化させることが最も好ましい。図１３は、このような円板を例示 し、膨らみおよび応力分布を如何に制御することができるかを示す。より緻密な ドットマトリックスは、より剛性の物質を示す。 天然の核は、また、主として、ヒドロゲルであるので、移植したヒドロゲル人 工核は、取り除かれた核の生物機構的機能を全て容易に修復することができる。 従来技術の補綴円板と違って、本発明のヒドロゲル核は、補綴ヒドロゲルの水結 合能により、円板の粘弾性挙動を修復する。図１６は、７４％水含量の同ＰＶＡ ヒドロゲルのクリープ挙動を示す。このヒドロゲルは、実施例１に上記記載した と同一の装置で試験した。ヒドロゲルのクリープ曲線は、他に報告されているヒ ト脊椎円板で得られるクリープ曲線と非常に類似している（Adam，M．A.，and H utton，W．C.，The Biology of the Intervertebral Disc，Vol，II，1988，p． 64）。初期のほとんど瞬間的な円板の変形は、主として、輪のコラーゲン網状構 造の転位により生ずる。 この場合の初期変形は、主として、チゴンチューブの伸びによる。負荷を維持 する場合には、核中の体液が絞り出されるので、円板は、大きく変形またはクリ ープし続ける。これは、一定の負荷を加える時、初期水含量に対する水のパーセ ンテージを時間に対してプロットした図１７に示されている。上記したようなこ の粘弾性特性は、機械的負荷に耐え、円板に体液を流入および流出し続けるのに 重要である。 補綴核１０の移植は、椎間板切除手術、例えば、椎間板切除またはマイクロ椎 間板切除、経皮椎間板切除、あるいは、化学的髄核分解に関連して行われる。本 発明のヒドロゲル補綴核の性質は、核物質のそれらと類似しているので、脱出し た核は、ヒドロゲル補綴核によって、一部または全部代替することができる。そ の寸法が小さいゆえに、脱水されたヒドロゲル円板を移植するのに、後方横方向 のアプローチを使用することができる。これは、手術の困難性および危険性を著 しく低下させる。 ８０％水含量のヒドロゲル核の体積は、脱水した時に、約８０％だけ（本来の 体積の２０％に）小さくなる。したがって、手術医は、例えば、米国特許4,772, 287に開示されている装置に必要とされるように、損傷した円板に隣接する椎骨 をジャッキで離す必要がない。脱水した補綴核の高さは、挿入する時、円板の空 間よりも小さい。さらに、脱水した補綴核の剛性は、手術医が手術中補綴核を操 作するのを助ける。移植後、本発明のヒドロゲル核は、椎骨体間の空間を維持す るのに十分な所定の高さに体内で緩やかに膨潤する。膨潤プロセスは、補綴核の 寸法およびヒドロゲルのタイプに依存し、通常、数時間〜２日かかる。 本発明の数個の例を説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することな く、それらに対して多くの変形および変更をなすことが可能であることは自明で ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 椎間円板の退化もしくは損傷した核を除去した後の円板空間に移植するた めの補綴核（１０）であって、該補綴核が、 十分に水和した時、天然核または退化もしくは損傷した核の除去後に生ずる空 洞の形状にほぼ一致する寸法および形状；水含量約３０％〜約９０％；および圧 縮強さ約４MNm-²以上を有する生物適合性のヒドロゲル物質を含み、補綴核周辺 の少なくとも一部が、補綴核周辺の池の部分に比較して、横方向の膨らみが少な い補綴核。 ２． 核のモジュラスが、約０．１〜約１．５MPaであり、核のモジュラスが、 核周辺の少なくとも一部が核の最も柔軟な部分より少なくとも約１０％大きいモ ジュラスを有するように変動する、請求項１に記載の補綴核（１０）。 ３． 核が、前方周辺（２６）と後方周辺（２４）とを有し、後方周辺（２４） の少なくとも一部が、前方周辺（２６）の少なくとも一部のモジュラスよりも少 なくとも約１０％大きいモジュラスを有する、請求項２に記載の補綴核（１０） 。 ４． 十分に水和した時、天然核にほぼ一致する組み合わせ形状を有する、ヒド ロゲル物質の第１の片（４２）および第２の片（４４）より形成され、第１の片 （４２）の周辺が、第２の片（４４）の周辺よりも少なくとも約１０％剛性が大 である、請求項３に記載の補綴核（１０）。 ５． 第１の片（４２）が、後方位置に挿入され、第２の片（４４）が、前方位 置に挿入される、請求項４に記載の補綴核（１０）。 ６． 後方周辺（２４）の少なくとも一部が、前方周辺（２６）のモジュラスよ りも少なくとも３０％大きいモジュラスを有する、請求項３に記載の補綴核（１ ０）。 ７． 核周辺の前記モジュラスが、前方側（２６）より後方側（２４）へと徐々 に大きくなる、請求項３に記載の補綴核（１０）。 ８． 圧縮負荷１０Nでの核周辺の少なくとも一部に沿った非拘束の横方向の膨 らみが、約４．００mm未満である、請求項１に記載の補綴核（１０）。 ９． 核周辺壁が、十分に水和された移植体で、少なくとも１mmだけ高さが変動 する、請求項１に記載の補綴核（１０）。 １０． 核が、前方壁（２８）と後方壁（３０）とを有し、前方壁（２８）が、 十分に水和された移植体で、後方壁（３０）よりも少なくとも約１mm厚い、請求 項９に記載の補綴核（１０）。 １１． 前方壁（２８）が、十分に水和された移植体で、後方壁（３０）よりも 少なくとも２mm厚い、請求項１０に記載の補綴核（１０）。 １２． 核の高さが、後方より前方へと徐々に高くなる、請求項１０に記載の補 綴核（１０）。 １３． 天然核にほぼ一致する組み合わせ形状を有する、ヒドロゲル物質の第１ の片（４２）および第２の片（４４）より形成され、第１の片（４２）の壁の少 なくとも一部が、第２の片の壁の少なくとも一部よりも少なくとも１mm厚い、請 求項１０に記載の補綴核（１０）。 １４． 椎間円板の退化もしくは損傷した核の除去後に円板空間に移植するため の補綴核（１０）であって、該補綴核が、 十分に水和した時、天然核または退化もしくは損傷した核の除去後に生ずる空 洞の形状にほぼ一致する寸法および形状；水含量３０％〜９０％；および、圧縮 強さ約４MNm-²以上を有する生物適合性のヒドロゲル物質を含み；核のモジュラ スが、０．１〜１．５MPaであり、核のモジュラスが、核周辺の少なくとも一部 が核の最も柔軟な部分よりも少なくとも１０％大きいモジュラスを有するように 変化し；核周辺壁が、高さで、少なくとも１mm変動する補綴核。 １５． 核が、圧縮負荷１０Nの下にある時、核周辺の少なくとも一部に沿った 非拘束の横方向の膨らみ４．００mm未満を有する、請求項１４に記載の補綴核（ １０）。 １６． 核が、前方周辺（２６）と後方周辺（２４）とを有し、後方周辺（２４ ）の少なくとも一部が、（ａ） 前方周辺（２６）の少なくとも一部のモジュラ スよりも少なくとも１０％大きいモジュラス、および、（ｂ） 前方壁（２８） の少なくとも一部の壁の厚さよりも少なくとも１mm厚い壁厚さを有する、請求項 １４に記載の補綴核（１０）。 １７． 核周辺のモジュラスが、前方側（２６）より後方側（２４）へと徐々に 大きくなり、核の高さが、後方側（２４）より前方側（２６）へと徐々に高くな る、請求項１６に記載の補綴核（１０）。 １８． 椎問円板の退化もしくは損傷した核の除去後に円板空間に移植するため の補綴核（１０）であって、該補綴核が、 十分に水和した時、天然核または退化もしくは損傷した核の除去後に生ずる空 洞の形状にほぼ一致する寸法および形状；水含量約３０％〜約９０％；および、 圧縮強さ約４MNm-²以上を有する生物適合性のヒドロゲル物質を含み；核の全周 辺に沿った非拘束の横方向の膨らみが、圧縮負荷１０Nの下にある時、約４．０ ０mm未満である補綴核。 １９． 補綴核（１０）を形成するための方法であって、該方法が、 （ａ） 十分に水和された時の水含量約３０％〜約９０％および圧縮強さ約４ MNm-²以上を有する結合された生物適合性のヒドロゲル物質の塊を形成し； （ｂ） 天然のヒト円板核にほぼ一致する形状にヒドロゲルの塊を造形し； （ｃ） 核の周辺の少なくとも一部を剛化する； 各工程を含む方法。 ２０． 中央部（３２）と周辺部（３８）とを有する補綴核（１０）を形成する ための方法であって、該方法が、核の中央部（３２）と周辺部（３８）とをダイ ヤフラムで分離し、第１の液体モノマーを中央部に、第２の液体モノマーを周辺 部に、注入することによって、結合された生物適合性のヒドロゲル物質の塊を形 成することを含み、液体モノマーが、第１のモノマーが第２のモノマーよりもよ り柔軟なゲルを生ずるように硬化してゲルとする方法。 ２１． 前方壁（２８）と後方壁（３０）とを有する補綴核（１０）を形成する ための方法であって、該方法が、 （ａ） 十分に水和された時の水含量約３０％〜約９０％および圧縮強さ約４ MNm-²以上を有する結合された生物適合性のヒドロゲル物質の塊を形成し； （ｂ） 前方壁が後方壁よりも少なくとも約１mm厚い、天然のヒト円板核にほ ぼ一致する形状にヒドロゲルの壁を造形する； 各工程を含む方法。 ２２． 周辺が、第１の部分が第２の部分よりも小さい非拘束の横方向の膨らみ を有する第１の部分と第２の部分とを含む、周辺（３８）と中央（３２）とを有 する補綴核（１０）を形成するための方法であって、該方法が、 （ａ） 周辺の第１部分が周辺の第２部分の下となるように核型を配置し； （ｂ） 少なくとも２種のＰＶＡ溶液が異なる密度を有する１種を越えるＰＶ Ａ溶液を型に注ぎ； （ｃ） 補綴核を形成するために、ＰＶＡ溶液をゲルとし； （ｄ） ゲル化した補綴核を型から取り出す； ことを含む方法。