TWI780893B

TWI780893B - 一種生物相容之帶狀材料的用途、使用方法及折疊結構體

Info

Publication number: TWI780893B
Application number: TW110132918A
Authority: TW
Inventors: 張志豪; 楊台鴻; 呂倩怡; 謝昊穎; 陳宣佑
Original assignee: 國立臺灣大學
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2022-10-11
Also published as: TW202310811A

Abstract

本申請提供一種生物相容之帶狀材料的用途，其係用於作為植入關節中的間隔物，其中該帶狀材料：選自熱塑性聚氨酯、矽膠、聚四氟乙烯、聚己內酯、聚乳酸及具可塑性的高分子材料所組成之群組；及/或可彎曲且蕭氏硬度為 20A 至 100A。另外，本申請提供一種生物相容之帶狀材料的使用方法及折疊結構體。

Description

一種生物相容之帶狀材料的用途、使用方法及折疊結構體

本申請涉及一種生物相容之帶狀材料，用於作為植入關節中的間隔物，以治療關節炎，特別是用熱塑性聚氨酯 (TPU) 製成帶狀，並於植入前關節前，由操作者 (例如手術醫師) 將其帶狀 TPU 折疊形成折疊結構體來植入關節，特別是拇指腕掌關節 (Carpometacarpal joint)。

關節炎泛指正處於發炎反應狀態下之人體關節，其可概分為自體免疫疾病引發之關節炎，與生物力學上受力後引發之關節炎。前者代表疾病為類風濕性關節炎 (Rheumatoid arthritis)，而後者代表為大眾所熟知之骨關節炎 (Osteoarthritis)。骨關節炎為臨床上最常見之骨科疾病，是造成成人失能 (disability) 之主要原因。造成骨關節炎之風險因素有包括年紀、創傷、肥胖、基因遺傳以及關節生物力學之構造與力線排列等等。雖然常被聚焦於關節軟骨之病變，但骨關節炎實為包含所有關節構造之疾病，包括關節軟骨、關節滑液囊 (Synovial joint lining)、關節周圍之骨頭、韌帶及肌腱，進一步引發關節疼痛、腫脹、僵硬及關節活動度的減損。而流行病學上，骨關節炎所造成之全球性醫療負擔，根據多項國家性及跨國之數據庫統計，其發生率、盛行率與造成之失能比率，有逐漸增加之趨勢，自1990年代以來每年增長約8-10%。單就常見之膝骨關節炎及髖骨關節炎，保守估計全球至少有3億人口患有此疾病，而過去十年中，針對手腕部位及足踝部位之骨關節炎，其發生率及所造成之影響也逐漸受到重視。

骨關節炎可能發生於各種年紀、職業、運動需求及身體狀況的人，也因此臨床上治療必須考慮每位病人不同之健康狀況。根據 2019 年美國風濕病醫學會所發布之治療指引，對於膝關節、髖關節及手部之骨關節炎，初步治療建議包括適當運動、減重、使用拐杖及保護關節之輔具。進一步之藥物治療包括口服非類固醇消炎止痛藥 (Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs, NSAIDs)、局部使用 NSAIDs 或是關節內注射類固醇治療。然而，當骨關節炎持續進展惡化，前述療法皆無法有效緩解疼痛不適時，對於嚴重之骨關節炎將需要以手術治療，目前臨床上廣泛使用的為人工關節置換手術 (Prosthetic arthroplasty)。人工關節置換是以耐用之生醫材料所做成之人工關節結構，包含耐磨金屬及高分子聚合塑膠，來替換受損嚴重的人體關節。臨床上的手術適應症，包含關節粉碎性骨折、嚴重之骨關節炎、風濕性關節炎，及大範圍之關節軟骨損傷等等。對於膝關節與髖關節的人工關節置換手術，無論是植入物設計、手術方式、手術後復健、手術效果及併發症等等之研究繁多，已是成熟且有效之手術治療，患者除了疼痛緩解，可以運用人工關節從事一些基本之日常活動。

然而，人體手部之各個關節，於日常活動中需要做出較膝關節及髖關節更為精細的動作，例如外展 (Abduction)、內收 (Adduction)、彎曲 (Flexion)、伸展 (Extension) 和對掌 (Opposition) 等等，在活動時關節面會隨之受到壓力，如承受過多反覆動作之壓力，將增加發生骨關節炎之風險。而當手部骨關節炎進展至較為嚴重之病程時，目前臨床上手術治療的方式包括人工關節置換以及關節融合手術 (Fusion)。關節融合手術提供病人一個穩定度 (Stability) 好且無疼痛的關節，然而卻必須犧牲關節活動度 (Range of motion)。而人工關節置換則可同時解決疼痛與保留活動度，因此過去30年有越來越多病患接受此類手術，使用的人工關節製造材料包括矽膠、金屬表面或是熱裂解碳。然而，手部人工關節置換卻有較高之併發症發生率與再手術率，因此臨床上目前哪種手術治療較佳仍具爭議。此外，手部每根指頭的各個關節，其構造、功能及彼此相對應的生物力學關係都有其特殊性，某些關節需要有足夠的穩定性 (Stability)，有些關節則需要有靈活的活動度 (Hypermobility)，才能滿足活動需求，也因此必須針對不同關節做不同之考量，選擇適合之治療方式。

以拇指為例，對於拇指腕掌關節 (Carpometacarpal joint) 之關節炎，病程初期的患者可以選擇用輔具 (brace) 保護及消炎止痛藥物如 NSAIDs 類藥物來治療；如果前述非手術方式無法緩解疼痛、影響病患正常關節活動，可選擇的手術治療目前最有效的為「韌帶重建肌腱植入關節整形手術」。手術方式為由大拇指根部第一腕掌關節的關節囊處切開，切除幾乎被磨損破壞的大多角骨 (Trapezium)，再取自體之橈側屈腕肌腱 (Flexor carpi radialis tendon) 約 10 公分，自近端切斷後，穿過第一掌骨基部上所鑽出之骨隧道 (Bone tunnel) 作固定，最後將剩餘的橈側屈腕肌腱折疊後，放入切除大多角骨時留下之空洞，作為組織缺損之填充物。此手術方式利用病患自身的肌腱，折疊後做為關節整形之間隔物，滿足關節活動時需要緩衝之目的，但同時卻需要取自身控制手腕彎曲的肌腱，犧牲部分功能，長期下來容易造成手部運動力學方面的負面影響。因此，若能利用人造之生醫材料達到同樣效果，即可保留原本自體肌腱的功能，進而避免發生原手術方式所造成之副作用。

然而，目前常用於不規則缺陷的的生醫材料之關節填充物成效不盡理想。排除材料本身性質的問題，常見的規格品以人工關節為例，廠商會製備各種的尺寸規格，於手術時選用適合患部需求的大小，少了整體的便利性，若以 3D 列印製成填充物，需有完善的術前規畫，製備符合患部個體差異的需求的尺寸大小。近期，水膠 (Hydrogel) 也被嘗試作為不規則缺陷的填充應用，其對於各種外部刺激，像是溫度，pH，離子濃度，光，磁場，電場和化學物質等，會有相對應結構和體積改變，有利於像是關節這種不規則空間的立體填充應用。然而水膠的低機械強度不利於作為關節填充之用途，且使用時有溢出患部的可能。因此，以構型來說，尚須找到一個能方便臨床醫師依照患部作剪裁、且機械性質足以負擔所需承受力量的關節填充物，將能嘉惠於更多關節受損之病患。

鑒於先前技術所描述之長期存在的問題 (即目前仍需要可便利調整及機械性質足夠，並應用於植入關節中不規則空間的間隔物)，本申請提供一種生物相容之帶狀材料的用途，其係用於作為植入關節中的間隔物，其中該帶狀材料：選自熱塑性聚氨酯、矽膠、聚四氟乙烯、聚己內酯、聚乳酸及具可塑性的高分子材料所組成之群組；及/或可彎曲且蕭氏硬度為 20A 至 100A。

同時，本申請提供一種生物相容之帶狀材料的使用方法，其係於植入關節前，在體外執行包含以下之步驟：提供一生物相容之帶狀材料，其中該帶狀材料：選自熱塑性聚氨酯、矽膠、聚四氟乙烯、聚己內酯、聚乳酸及具可塑性的高分子材料所組成之群組；及/或可彎曲且蕭氏硬度為 20A 至 100A；評估關節中所需之間隔物的尺寸；依據所評估之尺寸折疊該帶狀材料；及以固定元件固定經折疊的該帶狀材料以形成折疊結構體。

在一些實施方式中，上述使用方法之步驟可在關節手術進行中時執行。

再者，本申請另提供一種生物相容之帶狀材料的折疊結構體，用於作為植入關節中的間隔物，包含：帶狀材料，其經折疊至少 2 折以上，其中該帶狀材料：選自熱塑性聚氨酯、矽膠、聚四氟乙烯、聚己內酯、聚乳酸及具可塑性的高分子材料所組成之群組；及/或可彎曲且蕭氏硬度為 20A 至 100A；及其中，該帶狀材料經折疊至少 2 折以上。

在一些實施方式中，該帶狀材料折疊的折數為偶數，較佳的為 2-6 折。

在一些實施方式中，該折疊結構體包含一固定元件，用於固定經折疊的帶狀材料。較佳地，該固定元件為縫線，其係由操作者將經折疊的該帶狀材料進行獨立的兩針縫合，兩縫線處位於該折疊結構體的中心兩側。

在一些實施方式中，該縫線為生物相容之縫線，具體的是手術縫線，更具體的是手術尼龍縫線。

在一些實施方式中，該關節為手部骨關節，具體的是拇指腕掌關節。

在一些實施方式中，該帶狀材料的厚度為 0.1 mm-1 mm，寬度為 1 mm-100 mm，具體的是厚度 0.25 mm、寬度 10 mm。

本申請是將生物相容之帶狀材料形成「折疊結構體」，而該折疊結構體因為彎曲的立體結構處而增加了應力，使其除了材料本身特性以外，更增添額外的機械性質，同時增加孔洞讓細胞生長；此外，帶狀的構型，有利於依照患部所需，折疊、剪裁成相當的尺寸大小，兼顧臨床使用的便利性以及擁有實質功能的應用，解決先前技術所從在的問題。

本申請之優點及特徵以及達到其方法將參照例示性實施例及附圖進行更詳細地描述而更容易理解。然而，本申請可以不同形式來實現且不應該被理解僅限於此處所陳述的實施例。相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的此些實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。如本文中所使用的，術語「及/或」包含任何及所有一或多相關所列物件的組合。

除非另外定義，所有使用於本文的術語（包含科技及科學術語）具有與本發明所屬該領域的技術人士一般所理解相同的意思。將更可理解的是，例如於一般所使用的字典所定義的那些術語應被理解為具有與相關領域的內容一致的意思，且除非明顯地定義於本文，將不以過度理想化或過度正式的意思理解。如本說明書所記載者，範圍數值係作為說明在該範圍內的各個及每一個數值的簡略表示，在該範圍內的任何數值可被選作為該範圍的端值。在本說明書及隨附申請專利範圍中，除非上下文另外清楚指出，否則包括單數形式亦包括複數。

醫療植入物除了具有生物相容性外，也需要在人體內環境中，具有長期的機械穩定性。倘若有剝落，開裂，損蝕，或任何的崩解情形，都可能對患者造成致命的傷害。此外，材料本身需僅含極低的毒性或完全無毒性，必須是化學惰性的 (chemically inert)，本身材質不能與生物體中的物質產生有害的化學反應，更不能釋放出可能破壞人體內復雜生物化學系統的物質。再者，該材料必須具有相當的柔韌性，以便與周圍的組織一起活動彎曲，而不是刺穿附近的器官。最後，不可忽略的，生物醫療植入性的材料必須能夠抵抗滅菌過程的外在刺激而不被損壞或變質。

因此，其中一種可以滿足以上所有要求的材料，可適用於本申請的生物相容之帶狀材料為「矽膠」 (Silicone)，其極高的化學惰性、耐用性、穩定性、充裕的操作溫度範圍和極低毒性等等的特性，是其成為醫療等級植入物的首選。矽膠的耐化學性和高耐熱性，使其極為適合當今所使用的各種主要滅菌方法；其柔韌的特性，非常適合長時間與柔軟的內部組織和皮膚接觸；另外，矽膠的方便操作使其可以與藥物混合，植入體內後可以穩定存在，並且可預期的控速釋放。醫療級矽膠的塑形不需高溫或高壓下進行，各個零件材料的製程時間短，進而降低最終成品的製作成本，這使其成為生醫材料的首要選擇。材料本身具有相當的彈性，作為需承受一定負載力的關節間隔物來說，是相當適合的材料。

「熱塑性聚氨酯」 (TPU) 在醫療業界中亦廣為人知，其已被應用於先進的醫療和保健產品。TPU 優異的性質表現，包含極佳的機械性質、耐用性和耐化學性，使得熱塑性聚氨酯非常適合作為醫療產品的應用。由於不含塑化劑，因此在不犧牲柔韌性的情況下，得以作為環保的 PVC 替代品，在醫療業界有很大的發展潛力。醫用熱塑性聚氨酯的應用，包括用於診斷，麻醉和人工呼吸的設備、保健床墊、牙科材料、醫療儀器的電纜、壓力襪、凝膠矯正鞋，以及傷口敷料等等。以作為關節填充物的應用來說，耐磨損性質極為重要，而硬度較高的熱塑性聚氨酯可以在很長的一段時間內承受的典型耐磨性測試。例如：樂睿塑料的 Elastollan C78A15 熱塑性聚氨酯彈性體，其泰伯耐磨性為 25.0 mg (ASTM D1044)、15 mm ³(DIN 53516)；台灣造粒股份有限公司的熱塑性聚氨酯 1185A10 磨損量可以到達 25 mm ³。熱塑性聚氨酯的高機械強度和各項優點，使其成為極合適的關節間隔物材料選擇。

「聚四氟乙烯」 (PTFE 或 Teflon)，俗稱為鐵氟龍或特夫綸。它的極佳生物相容性和化學惰性、非抗原性、不易造成異物反應、容易滅菌、方便塑形等等的特性，使其經常被應用於植入性材料上，包括聲帶缺損，動脈移植，骨科關節植入物和顏面的整形手術等等。其機械性質柔軟、摩擦係數小，作為關節填充可以減緩因摩擦所造成磨損，進而延長該植入物的使用壽命。另外，其形狀記憶的性質，使得他不易因外力的施加而造成形變，是關節內植入物的適合材料之一。

「聚己內酯」 (polycaprolactone 或 PCL) 是一種經過長時間可生物降解的聚酯，其低熔點約為 60°C，玻璃化轉變溫度約為 -60°C。PCL 是通過 ε-己內酯的開環聚合反應製備的，並且已獲得 FDA 批准用於藥物輸送裝置和作為黏附屏障 (Adhesion barrier)。PCL 高度溶於氯化氫溶液的性質，使其在工業上常用於熱加工，例如擠出 (extrusion)，纖維紡絲 (fiber spinning)，射出成型 (injection molding) 和 3D 列印。在人體中的生理條件下，聚己內酯會因其分子結構上的酯鍵水解而降解，因此，可以作為植入性生物材料，尤其是用於須長期植入的生醫材料，目前廣泛應用在醫療界，作可吸收的紡織品的植入物，例如用於傷口處理的外科縫合線和韌帶，甚至是藥物傳輸領域，或是人工血管支架和用於治療燒傷的高分子薄膜等等。

其他可適用於本申請的材料為聚乳酸、具可塑性的高分子材料及/或可彎曲且蕭氏硬度為 20A 至 100A 的材料等。

在以下闡述本申請之細節，描述僅為例示性的方法及材料，但不以之為限，其他本文中所描述類似或等效之方法及材料來實施或測試本申請，皆應視為本申請所涵蓋的範圍。

實施例 1 ─帶狀材料的使用方法及折疊結構體

本申請較佳的臨床應用是將材料製作成帶狀，並捲成一捆 (像是一捆在膠台上的膠帶)，在患者進行關節手術時，由醫師根據每個患者及每個關節部位所需的間隔物尺寸及應力需求，選擇合適寬度及厚度的帶狀材料，並裁剪帶狀材料所需要的量，再依所需間隔物的尺寸將帶狀材料折疊後用手術縫線縫合固定，形成帶狀材料的折疊結構體並將其植入關節中。

由於本身請係有利於依照具體的患部所需，即時、便利的並由手術醫師調整成符合患部的尺寸及需求，因此本申請臨床上可應用於各種不同部位的關節，特別是需要有靈活之活動度 (Hypermobility) 的關節，像是手部、指頭的關節部位，尤其是拇指腕掌關節 (Carpometacarpal joint)。

另外，在臨床上可依據關節之骨頭接觸面大小，靈活的選用不同寬度及厚度的帶狀材料，彎曲折疊成不同長度及折數的折疊結構體，例如可選用寬度 20 mm、單層厚度 0.70 mm 的帶狀材料折疊 4 折且長度約 20 mm，或選用寬度 10 mm、單層厚度 0.25 mm 的帶狀材料折疊 6 折且長度約 10 mm而考量臨床應用的實用性與便利性，實際應用時將設定在 2-6 折的折數。本文所稱「1 折」係指在折疊結構體中帶狀材料具有 1 個轉彎處，「2 折」係指在折疊結構體中帶狀材料具有 2 個轉彎處 (如圖 1A)，依此類推。另外，較佳的折數為偶數數量，以得到左右平衡的結構。

本實施例選用不同蕭式硬度 (70A、85A、92A) 的熱塑性聚氨酯 (TPU) 作為帶狀材料 (110) 的示例，使用之帶狀 TPU 的單層厚度為 0.25 mm、寬度為 10 mm，並選用單絲的 5-0 尼龍縫線 (12 mm，3/8 圈) 作為固定元件 (120)，將帶狀 TPU 的折疊結構體 (110) 進行獨立的兩針縫合，兩縫線處位於中心兩側。參照指拇指基底關節的尺寸及空隙大小，將折疊後的長度控制在約 10 mm，並以總厚度 5 mm 為最終厚度進行折疊，2 折 (簡稱 2F) 之折疊結構體的總厚度 2 mm (如圖 1A)，4 折 (簡稱 4F) 之折疊結構體的總厚度 3 mm (如圖 1B)、6 折 (簡稱 6F) 之折疊結構體的總厚度 5mm (如圖 1C)。

另外，除了如圖 1A 至 1C 所示例之以左右折疊的方式形成折疊結構體外，亦可使用其他的折疊方式將帶狀材料形成折疊結構體，例如使用紙彈簧的折疊方式，先將帶狀材料以 90 折成一個垂直的形狀，或使用 2 條帶狀材料將其一端交疊形成一個垂直的形狀，再將下方之帶狀材料端向上交叉折疊以形成折疊結構體 (如圖 1D 所示)。再者，折疊結構體亦可在製備帶狀材料時同步形成，例如用聚己內酯以 3D 列印一體成型折疊結構體 (如圖 1E 所示)

實施例 2─折疊結構體的機械性質測試

將 TPU 塊材 (直徑 16 mm、厚度為 5 mm 的圓柱體) 以及帶狀材料之折疊結構體，利用靜態材料試驗機 (MTS Criterion) 進行定速的壓縮測試。隨著施加的應力增加，材料產生相對的應變，利用這些數據製作應力─變形量曲線 (Stress-strain curve)，比較各不同結構體的圖形變化，以及圖形斜率指示的楊氏模數 (Young’s modulus) 差異。

參照先前技術所測定的關節受力範圍來界定，研究顯示日常生活中指尖的輕捏、輕敲等動作時，指關節所受到的應力在 10 N 以下。而術後會建議病人不要提重物或是做需要用力的動作，因此本實施例的分析應力範圍設定在 0.10 MPa 以下。

本實施例使用蕭氏硬度 (shore hardness) 70A、單層厚度 0.25 mm 的帶狀 TPU 製成 2 折 (2F)、4 折 (4F) 及 6 折 (6F) 的折疊結構體，並利用上述條件測試單層帶狀 TPU (簡稱 1L)、折疊結構體 (2F、4F 及 6F) 以及 TPU 塊材 (B) 的靜態壓縮，試驗結果如圖 2 所示。

圖 2 可以明顯看出折疊結構體所呈現的曲線與 TPU 塊材 (Block) 截然不同。單層 (沒有折疊) 的帶狀 TPU (1L)，其呈現的斜率與 TPU 塊材相近，兩組皆在承受逐漸增大之應力時，沒有太多的形變量 (增加 1 MPa，只產生約 10％的變形量)。而帶狀 TPU 折疊結構體在靜態壓縮測試下，無論折數為何 (2F、4F 及 6F)，從測試結果的曲線可知，只要存在彎曲的結構，折疊結構體在面對施加的應力時，初期皆會呈現一個極緩的上升 (在 0 到 0.5 MPa 的應力下，產生 20% 到 35% 不等的變形量)，接著以一個平滑的彎曲曲線上升，推測此為壓縮彎曲的折疊結構體時，所產生的拉升與壓縮應力。最後期為整個折疊結構體被壓扁，使量測到的結果為材料本身的性質，再加上壓扁之彎曲處構造，所反映的特性。

另外，本實施例針對不同蕭式硬度 (70A、85A、92A) 的 TPU，利用上述條件，測試其 TPU 塊材 (B) 與帶狀 TPU 折疊 4 折之折疊結構體的靜態壓縮，試驗結果如圖 3 所示。

從圖 3 可以看出，硬度較高的 TPU 塊材 (圖中標示為 B)，其曲線呈現較大的斜率 (斜率代表的是壓縮外力下，該材料的楊氏模數)，而帶狀 TPU 之折疊結構體 (圖中標示為 F)，其曲線前段有一個比較平緩的曲線區域，這段為壓縮外力 (應力) 下，能擁有的壓縮形變空間。在相同的折疊構型、相同的折數下，由越小蕭氏硬度之帶狀 TPU 所製成的折疊結構體，有越大的壓縮形變空間。

由本實施例可以得知，從材料不折疊時的性質，可以推論其折疊結構體的應力─變形量曲線。同時，相較於傳統以塊材做為間隔物，本申請在材料本身的性質再加上折疊結構體的構型，可提供足夠的機械性質和彈力，在作為間隔物植入關節後，能增加關節的活動度。

實施例 3─動物試驗

本實施例以 Wister 大鼠做為動物實驗對象，使用約 250g 左右，周齡約 7 周得公鼠，實驗設計分為實驗組 (1 隻植入 TPU 塊材 (B)，1 隻植入帶狀材料的折疊結構體 (F)) 與對照組 (1 隻控制組，1 隻假手術)。實驗組分別於髖關節處植入 TPU 塊材及本申請之帶狀材料的折疊結構體，控制組則沒有進行手術，假手術則是有執行手術但是關節處沒有植入間隔物。術前先將實驗動物麻醉，實驗動物於術前禁止餵食及飲水後，進行麻醉。利用Isoflurane 氣體麻醉機以 300-500 ml/min 劑量進行麻醉。實驗動物處於深度麻醉且失去反射反應後，監測確認其呼吸心跳正常，之後即開始進行實驗前剃除動物實驗區域的處理。實驗區域選用大鼠膝關節，因此剔除膝蓋關節周圍部分的毛髮。

手術一開始，先以酒精初步消毒並利用消毒滅菌的解剖刀，切開實驗區域之皮膚及肌肉組織，以暴露膝關節並進行膝關節之解剖。切除大鼠遠端股骨後，可看見關節處形成的空腔 (如圖 4A)。將 TPU 塊材或帶狀材料的折疊結構體 (蕭式硬度 70A、單層厚度 0.70 mm、3 折的帶狀 TPU 折疊結構體) 填充入手術後的關節腔。接著，以 pin 針由足底往上，經脛骨髓內腔、脛骨平台，穿過折疊結構體 (如圖 4B)，再穿入股骨髓內腔。用此方法做固定。穿出腳底的 pin 針末端彎曲，防止大鼠在恢復期行走時移位。最後，將由上翻起的股四頭肌縫合至周邊的軟組織，觀察確定沒有破裂的血管後，使用生理食鹽水進行沖洗，即進行皮膚的縫合。縫合完畢後，使用抗生素，避免發炎反應的發生。

在有 pin 針固定時，大鼠關節仍無法彎曲，但是還是可以攀爬至籠子的鐵架上，也可以站立飲用水瓶中的水，以及吃到網架上的飼料。四週後拔除 pin針，並進行動物行為觀察及步態分析 (Gait analysis)，並在第 28 天，做高分子植入部位的切片染色分析。

圖 5 是步態分析的結果，可以發現植入帶狀 TPU 折疊結構體的大鼠 (F) 其步態分析的結果與假手術的大鼠相近，同時相較於植入 TPU 塊材的大鼠 (B)，其步態分析的結果更趨近於控制組，尤其是在最大強度 (圖 5 中之 B 圖)、爪印寬度 (圖 5 中之 D 圖)、步足佔比 (Duty factory) (圖 5 中之 E 圖) 以及步態評分 (0：正常；1：有害壓縮後的防護；2：可見跛行；3：不使用後肢；4：沒有運動) (圖 5 中之 H 圖)。顯示本申請之帶狀材料的折疊結構體，在用於作為植入關節中的間隔物時，能提供足夠的穩定性及活動度，可有效的用於關節炎或關節手術之患者。

圖 6 是植入部位的切片染色結果，可以看出在植入 28 天後，細胞已長入折疊結構體中的空間，同時在上接觸面及下接觸面的染色結果也顯示，相較於植入 TPU 塊材的染色結果，植入本申請之折疊結構體的彎曲折疊縫隙中顯見結締組織的生長，在上、下接觸面的下層，皆有結締組織的形成。以關節重建來說，結締組織中纖維母細胞 (fibroblast) 最為豐富，而纖維母細胞已被證明在生理傷口癒合和組織結構恢復中起著關鍵作用，且已有文獻顯示纖維母細胞在病理組織修復和組織的重建有很大的助益。。

藉由前述實施方式及實施例可知，本申請之帶狀材料的用途、使用方法及折疊結構體，其帶狀材料的性質和折疊後彎曲立體的結構，增加了應力並增添了額外的機械性質，同時折疊後彎曲的孔洞有助於在植入後讓細胞長入填充的植入物中。同時，帶狀材料提供了便利性，有利於依照患部需求裁剪成相當的尺寸大小。

100:帶狀材料的折疊結構體 110:帶狀材料 120:固定元件

圖 1A 顯示 2 折之帶狀 TPU 折疊結構體；

圖 1B 顯示 4 折之帶狀 TPU 折疊結構體；

圖 1C 顯示 6 折之帶狀 TPU 折疊結構體；

圖 1D 顯示 4 折之帶狀 TPU 折疊結構體；

圖 1E 顯示 4 折之帶狀聚己內酯折疊結構體；

圖 2 顯示不同折數之帶狀 TPU 折疊結構體的應力─變形量曲線；

圖 3 顯示不同蕭氏硬度之帶狀 TPU 折疊結構體的應力─變形量曲線；

圖 4A 顯示大鼠切除遠端股骨後的膝關節空腔；

圖 4B 顯示將本申請之帶狀 TPU 折疊結構體植入大鼠膝關節；

圖 5 顯示步態分析的結果，A 圖為平均強度的結果；B 圖為最大強度的結果；C 圖為爪印面積的結果；D 圖為爪印寬度的結果；E 圖為步足佔比 (Duty factor) 的結果；F 圖為後肢支撐基礎 (BOS_HL) 的結果；G 圖為步幅的結果；H 圖為步態評分的結果；

圖 6 顯示植入部位的切片染色結果。

100:帶狀材料的折疊結構體

110:帶狀材料

120:固定元件

Claims

一種生物相容之帶狀材料的用途，其係用於在體外製備為植入關節中的間隔物，其中該帶狀材料：選自熱塑性聚氨酯、矽膠、聚四氟乙烯、聚己內酯、聚乳酸及具可塑性的高分子材料所組成之群組；及/或可彎曲且蕭氏硬度為20A至100A；其中，該間隔物係該帶狀材料經折疊所形成之折疊結構體。
一種生物相容之帶狀材料的使用方法，其係於植入關節前，在體外執行包含以下之步驟：提供一生物相容之帶狀材料，其中該帶狀材料：選自熱塑性聚氨酯、矽膠、聚四氟乙烯、聚己內酯所、聚乳酸及具可塑性的高分子材料組成之群組；及/或可彎曲且蕭氏硬度為20A至100A；評估關節中所需之間隔物的尺寸；依據所評估之尺寸折疊該帶狀材料；及以固定元件固定經折疊的該帶狀材料以形成折疊結構體。
如請求項2所述之方法，其中該些步驟可在關節手術進行中時執行。
一種生物相容之帶狀材料的折疊結構體，用於作為植入關節中的間隔物，包含：一帶狀材料，其中該帶狀材料：選自熱塑性聚氨酯、矽膠、聚四氟乙烯、聚己內酯、聚乳酸及具可塑性的高分子材料所組成之群組；及/或可彎曲且蕭氏硬度為20A至100A；及其中，該帶狀材料經折疊至少2折以上。
如請求項2或3任一項所述之方法，其中該關節為手部骨關節，具體的是拇指腕掌關節；及/或該帶狀材料厚度為0.1mm-1mm、寬度為1mm-100mm，具體的是厚度0.25mm、寬度10mm，折疊的折數為2-6折。
如請求項4所述之折疊結構體，其中該關節為手部骨關節，具體的是拇指腕掌關節；該帶狀材料厚度為0.1mm-1mm、寬度為1mm-100mm，具體的是厚度0.25mm、寬度10mm，折疊的折數為2-6折；及/或該折疊結構體包含一固定元件，用於固定經折疊的帶狀材料。
如請求項2所述之方法，其中該固定元件為縫線，其係由操作者將經折疊的該帶狀材料進行獨立的兩針縫合，兩縫線處位於該折疊結構體的中心兩側。
如請求項7所述之方法，其中該縫線為生物相容之縫線，具體的是手術縫線，更具體的是手術尼龍縫線。
如前述請求項1所述之用途，其中該關節為手部骨關節，具體的是拇指腕掌關節。
如前述請求項1所述之用途，其中該帶狀材料的厚度為0.1mm-1mm，寬度為1mm-100mm，具體的是厚度0.25mm、寬度10mm。