TW201521699A - 椎間植入物 - Google Patents

Abstract

一種椎間植入物，特別係指一種利用多孔氫氧基磷灰石為支架模型填入金屬粉體後經燒結成形，組成局部可降解之氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物，隨植入人體時間氫氧基磷灰石結構逐步進行降解，並引導骨組織攀附於多孔金屬內部，形成穩固上部與下部骨頭融合效果。

Description

椎間植入物

本發明係關於一種醫療植入體之技術領域，具體而言係指一種局部可降解且呈多孔型態之椎間植入物，藉以組成局部可降解之氫氧基磷灰石及金屬混合塊材，從而引導骨再生且形成穩固上、下部骨頭融合之效果。

按，腰椎椎間融合術，意指從兩節脊椎中取出椎間盤，然後把二者融合起來。這個步驟又名為「脊柱融合術」。通常用於治療由脊椎退化、椎間盤突出等脊柱病而引致的持續背痛、坐骨神經痛或雙腿酸軟無力等病患。脊柱融合也是矯正脊柱畸形(如脊柱側彎、脊椎滑脫或脊柱創傷等)手術的其中重要環節。

如果修復骨組織的種植體(或用以修復骨組織之植入物)在提供支撐功能的同時是生物可吸收的，在實際應用上會有極大的好處。現有的脊柱融合裝置是由一個金屬骨架和置於其內的生物可吸收材料組成的，例如美國專利號5,645,598所示的裝置。惟，該些用以修復骨組織之種植體係置於兩節脊椎骨之間，卻礙於該種植體本身硬度不足及相對體積小於該脊椎骨，致使該種植體產生下沉現象，反而相互磨損甚至破壞了脊椎骨與脊 椎骨之間的骨組織，特別是對脊椎骨的末端平面更是帶來嚴重傷害。

另，目前用於組織工程學技術的支架(大部分由可生物降解的聚合物製成)具有多孔的結構可以允許細胞培養過程中活體細胞(通常取自治療中的患者)滲入結構內。經過一段時間的細胞培養，此種有細胞的支架被植入去除免疫系統的動物(例如大鼠)或患者本人體內(為便於後續操作通常是在皮下)。在此期間(數周到數月)細胞吸收動物或患者體內提供的營養成分而迅速繁殖，同時支架本身逐漸溶解吸收。之後，就從動物或患者的皮下取出種植體(一個真正的骨組織)，重新植入需要治療的(受傷或患病)部位。例如US6,139,578；US6,200,606；US5,306,303和US6,132,463等案所描述者。

但，如果用於組織工程技術的支架可被生物吸收、有充足的孔隙同時又可以提供支援，那麼這樣的材料就有很大的優越性。其中如中國專利CN 119346A：一種含有成孔劑的多孔磷酸鈣骨水泥，其特徵在於是由常規的磷酸鈣骨水泥和成孔劑所組成，所說的成孔劑為微溶性鹽、酸式鹽和鹼式鹽或表面活性劑中的一種或一種以上。但其為無固定型態骨水泥，其機械強度差，無法單獨使用作為骨融合物。

又如中國專利CN 101099873A：一種多孔鎂/羥基磷灰石的生產工藝方法，其特徵是將羥基磷灰石粉和鎂粉按比例混合，冷壓成型，然後進行燒結，鎂在高溫下發生汽化、被蒸發，使羥基磷灰石形成多孔狀。惟鎂高溫移除後，僅剩多孔氫氧基磷灰石本體，一樣存在有機械強度差的問題。

另如中國專利CN 101797400A：一種含有HA奈米粉多孔可降解鎂合金骨支架材料，其特徵在於，所述的多孔可降解鎂合金骨支架材料由加入微量細化Zn晶粒的鎂粉、HA奈米粉，以及造孔劑組成，期中，鎂鋅合金粉微50~80%，HA奈米粉為10~20%，造孔劑組成，其中，鎂鋅合金粉微50~80%，HA奈米粉為10~20%，造孔劑為10~30%。惟鎂高溫移除後，僅剩多孔氫氧基磷灰石本體，一樣存在有機械強度差的問題。

再者，常規高溫(通常>1000℃)燒結的孔狀羥基磷灰石(HA)材料不具備足夠的微米/納米級的孔隙並且難以被生物體吸收。另一方面，常規用於骨架的可生物降解聚合物又有強度相對較低和溶解速率太高的缺點。換言之在考量輕量化、增加生物性結合的前題下，有必要發展能促進骨引導之連通多孔金屬醫材。

本案發明人鑑於上述習用促進骨引導之連通多孔金屬醫材所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，終於成功研發完成本件一種椎間植入物。

本發明之目的即在於提供一種椎間植入物，藉以能組成局部可降解之氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物，隨植入人體時間氫氧基磷灰石結構逐步進行降解，並引導骨組織攀附於多孔金屬內部，形成穩固上部與下部骨頭融合效果。

本發明之次一目的係在於提供一種椎間植入 物，為使用陶瓷材料或金屬材料的可降解高分子材料或複合物，按照仿生原理設計製造具有優異性能和結構的材料，並具有調節材料的降解速率。

本發明之另一目的係在於提供一種具備細胞的生物學行為和培養效率的支架材料，當椎間植入物移植後能與人體腔洞具有很好的適應、結合和修復的椎間植入物。

本發明之又一目的係在於提供一種具有良好的生物相容性的椎間植入物，該椎間植入物在體外培養時具備無細胞毒性，植入人體內時不會引起人體骨的排斥反應的優點。

本發明之再一目的係在於提供一種椎間植入物，該椎間植入物具有三維立體結構，且具有高度多孔狀結構，該椎間植入物具有很大的內表面積，以有利於細胞的植入、粘附，又有利於細胞營養成份的滲入和代謝產物的排出。

本發明之他一目的係在於提供一種椎間植入物，該椎間植入物具有良好的表面活性，能促進細胞的粘附並為細胞在其表面的增殖提供良好的微環境。

可達成上述發明目的之一種椎間植入物，為利用多孔氫氧基磷灰石為支架模型填入金屬粉體後經燒結成形，組成局部可降解之氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物，其製備方法，其包括有：步驟a、混合：將可於人體內產生降解作用之可降 解生物材與膠黏劑液體進行攪拌，而形成一種微黏稠液體；步驟b、沾覆：以多孔性之高分子支架沾覆上述微黏稠液體，使得該高分子支架表面及/或其腔洞狀之空間內披覆有該微黏稠液體；步驟c、烘乾定型：且在完成沾覆後進行烘乾，使微黏稠液體緊密的披覆於高分子支架與腔洞狀空間上，並依高分子支架與腔洞狀空間原始多孔排列不同，緊密披覆於表層而呈現相同之多孔排列；步驟d、燒結移除：以大氣爐體進行高溫燒結，而將高分子支架與膠黏劑移除，以獲得多孔排列的一可降解生物材支架；以及步驟e、填充繞結：利用該可降解生物材支架為支架模型填入金屬粉體，並進行真空高溫燒結，以獲得由可降解生物材與金屬粉體相互嵌合的一椎間植入物。

藉此，透過上述技術手段的具體實現，使得本發明可透過氫氧基磷灰石生物材料具有良好生物相容性、骨傳導性和生物降解性，氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物內後可逐漸發生溶解和生物降解，一定時間後非生命的氫氧基磷灰石椎間植入物逐漸溶解消失，被有生命的新生骨組織所取代，亦使用氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物植入人體腔洞，在氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物植入人體腔洞內後逐漸引導骨組織長入腔洞狀空間，同時阻止軟組織的長入，從而實現氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物在人體骨內牢固的機械結合，且能有效 增加產品的附加價值，並提升其經濟效益。

圖1為本發明一種椎間植入物的簡要流程示意圖；圖2為該一種椎間植入物之步驟製成示意圖；附件1~附件4為細胞平攤於多孔金屬結構表面顯示皆為正常狀態細胞行為之作用圖。

請參閱圖1，本發明所提供之一種椎間植入物，其係由金屬粉體與可降解生物材共同構成；其中，該可降解生物材係經燒結而具有複數連通孔，該金屬粉體則係填充於該複數連通孔內，並經燒結而與該可降解生物材相互嵌合。藉此，該椎間植入物所含有之可降解生物材遂可通過體液溶解和細胞介導的生物降解，一部分參與骨組織植入局部或遠端的骨組織重建，另一部分逐漸被代謝系統排出體外，最終使缺損部位完全被新生的骨組織替代，而該金屬支架同時起到永久支架作用，即骨組織工程支架材料。基於此，該可降解生物材亦可選擇由可吸收生物材所取代，以據相同原則達成如前所述之功效。

續參圖1及2，該椎間植入物係以下列步驟製成，包含：步驟a、混合：將可於人體內產生降解作用之可降解生物材與膠黏劑液體進行攪拌，其攪拌溫度1100~1300℃，攪拌混合 時間為10~60min，而形成一種微黏稠液體；其中，該可降解生物材可以選擇為氫氧基磷灰石，且該膠黏劑則可以選擇為聚乙酸乙烯酯(也稱作聚醋酸乙烯酯，簡稱PVA、PVAc)，其屬於一種有彈性的合成聚合物，較佳者，本實施例係由氫氧基磷灰石混和聚乙酸乙烯酯，以形成如圖2所示之氫氧基磷灰石/PVA漿料；步驟b、沾覆：以多孔性之高分子支架(high-molecular support)與上述微黏稠液體進行沾覆作業而於高分子支架表面及/或腔洞狀之空間內披覆有該微黏稠液體；其中該高分子支架為陶瓷材料或金屬材料所製成，其皆如圖2所示之高分子支架具有複數腔洞狀空間；步驟c、烘乾定型：且在完成沾覆後於烘箱進行烘乾，烘乾溫度50~100℃，烘乾定型時間為8~24hr，使微黏稠液體緊密的披覆於高分子支架表面及/或腔洞狀空間上，並依高分子支架及/或腔洞狀空間原始多孔排列不同，緊密披覆於表層而呈現相同多孔排列；較佳者，本實施例以該高分子支架沾附氫氧基磷灰石/PVA漿料後，係使得該高分子支架表面及其腔洞狀空間內均披覆有前述之漿料，且呈多孔型態排列；步驟d、燒結移除：以大氣爐體進行高溫燒結，高溫燒結溫度1100~1300℃，而將高分子支架與膠黏劑移除，進而獲得多孔排列的可降解生物材支架，詳參圖2；以及步驟e、填充繞結：利用多孔可降解生物材支架為支架模型(support mounting model)填入金屬粉體，其中該可降解生物材支架的支架模型可呈連通孔立體結構，且該可降解生物材支架的支架模型的線徑結構寬度為10μm~200μm，而金屬粉體 可選自能以燒結成形方式製備之鈦、鈦合金、鋯、鋯合金、鉭、鉭合金之其一或其一以上混合，且金屬粉體燒結後其呈現均一金屬球體結構大小，並等同於未燒結前金屬粉體粒徑，又金屬粉體粒徑介於10μm~100μm之間；待金屬粉體填入該高分子支架後，隨之進行真空高溫燒結，真空高溫燒結溫度較家係控制於1100~1300℃，烘乾定型時間為1~3hr，以獲得該可降解生物材與金屬粉體相互嵌合的該椎間植入物；較佳者，本實施例係獲得可如圖2之氫氧基磷灰石與金屬共同燒結而成的塊材結構(即圖面之一種局部可降解引導股再生之多孔金屬結構)，該塊材即為本發明之呈多孔型態的椎間植入物。

藉此，透過上述的製備方法可獲得氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物植入人體腔洞來保證椎間植入物植入後骨組織能逐漸長入腔洞狀空間，其中氫氧基磷灰石植入於人體中為可降解之材質，氫氧基磷灰石材料中的物質結構是決定其生物降解性的關鍵因素，氫氧基磷灰石的鈣磷比率(Ca/P)為1.65~1.75，燒結後仍保持磷灰石(apatite)物質結構，在新骨形成過程中產生骨引導作用，藉由植入時間之增加而緩慢進行降解，其慢速降解過程中，能利用氫氧基磷灰石優秀的骨引導功效，引導新骨組織從宿主骨沿氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物進入氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物內部，達到上部與下部骨組織穩固癒合與實現牢固的機械固定之功效。

綜上所述，透過前述的結構設計，本發明能製備出一種多孔金屬結構，藉以能組成局部可降解之氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物，隨其植入人體的時間，使其中氫氧基磷灰 石結構逐步進行降解，並在降解過程中，引導骨組織攀附於多孔金屬結構內部，使植入部形成穩固的上部與下部之骨頭融合效果，令其進一步具有輕易化及增加生物性結合的功效。

本發明所提供之一種椎間植入物，與前述引證案及其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點：該氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物具有生物可降解性，椎間植入物在骨組織形成過程中應逐漸被降解，並且不影響新生成骨組織的結構和功能。

該氫氧基磷灰石/金屬塊材之椎間植入物具有可塑性，可被加工成所需要的形狀並具有一定的機械強度，在椎間植入物內後的一定時間內仍可保持其形狀，並使新形成的組織具有符合設計的外形。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims (7)

1. 一種椎間植入物，其係由金屬粉體與可降解生物材共同構成；其中，該可降解生物材係經燒結而具有複數連通孔，該金屬粉體則係填充於該複數連通孔內，並經燒結而與該可降解生物材相互嵌合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之椎間植入物，其中，該可降解生物材為氫氧基磷灰石與黏結劑經燒結所形成之支架模型，該支架模型具有該複數連通孔。
3. 如申請專利範圍第2項所述之椎間植入物，其中，該支架模型之線徑結構寬度為10μm~200μm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之椎間植入物，其中，該金屬粉體可選自鈦、鈦合金、鋯、鋯合金、鉭、鉭合金之其一或其一以上混合。
5. 如申請專利範圍第1項所述之椎間植入物，其中，該金屬粉體經燒結後呈現均一金屬球體結構大小，且等同於未燒結前金屬粉體粒徑，該金屬粉體粒徑介於10μm~100μm之間。
6. 一種製備如請求項第1項所述椎間植入物之方法，其包含有：步驟a、混合：將可於人體內產生降解作用之可降解生物材與膠黏劑液體進行攪拌，而形成一種微黏稠液體；步驟b、沾覆：以多孔性之高分子支架沾覆上述微黏稠液體，使得該高分子支架表面及/或其腔洞狀之空間內披 覆有該微黏稠液體；步驟c、烘乾定型：且在完成沾覆後進行烘乾，使微黏稠液體緊密的披覆於高分子支架及/或腔洞狀空間上，並依高分子支架及/或腔洞狀空間原始多孔排列不同，緊密披覆於表層而呈現相同之多孔排列；步驟d、燒結移除：以大氣爐體進行高溫燒結，而將高分子支架與膠黏劑移除，以獲得多孔排列的一可降解生物材支架；以及步驟e、填充繞結：利用該可降解生物材支架為支架模型填入金屬粉體，並進行真空高溫燒結，以獲得由可降解生物材與金屬粉體相互嵌合的一椎間植入物。
7. 如請求項第6項所述之製備椎間植入物之方法，其中，該可降解生物材係為氫氧基磷灰石，由該氫氧基磷灰石與該膠黏劑燒結而成之支架模型具有複數連通孔，且該支架模型之線徑結構寬度為10μm~200μm。