(57)【要約】  人工関節インプラントと関連した感染を防止する医用インプラントシステムが開示される。本発明のシステムは、インプラント本体を有し、インプラント本体は、このインプラント本体の外面にコーティングされた金属コンポーネント(320,322)を含む生体適合性材料で作られている。電流が金属コンポーネント(320,322)に流れるようにし、微生物、例えば細菌、原生動物、真菌及びウイルスに対して毒性の金属イオンの放出を刺激する。開示するシステムの１つは、患者の体内に完全に外科的に植え込み可能であり、システムの使用中、患者の体外に位置するシステムの部分は、存在しないようになる。加うるに、植え込まれたコンポーネントの調節を可能にする外部制御型装置が提供される。
2009500084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医用インプラントシステムであって、
生体適合性材料で作られ、外面を有するインプラント本体と、
前記インプラント本体の外面上に設けられた抗菌性金属を含む金属コンポーネントと、
第１の端子及び第２の端子を備えた電源と、を有し、前記端子のうち一方は、前記金属コンポーネントと電気的連絡状態にあり、
更に、前記電源の第１の端子と前記電源の第２の端子との間の電流路中に配置された絶縁体を有し、前記絶縁体は、植え込み時、前記インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに前記第１の端子から流れる電流が前記第２の端子に到達するのを阻止する、医用インプラントシステム。
【請求項２】
前記インプラント本体は、壁及び開口部を備えた内部キャビティと、前記内部キャビティの開口部内に取り外し可能に配置されたキャップと、を有し、
前記電源は、前記内部キャビティ内に収納される、請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項３】
使用中、全体が人体内に配置される、請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項４】
更に、前記内部キャビティの壁の一部分の上に配置された金属コンポーネントを有する、請求項２記載の医用インプラントシステム。
【請求項５】
前記金属コンポーネントは、銀、銅、銀と銅の両方、銀とカドミウムの両方、銅とカドミウムの両方、銀、銅及びカドミウムの組合せから成る群から選択された金属を含む、請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項６】
前記金属コンポーネントは、金、亜鉛、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、マンガン、クロム及びこれらの組合せから成る群から選択された金属から成る、請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項７】
前記金属コンポーネントは、前記インプラント本体の外面に配置されたコーティングである、請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項８】
前記金属コーティングの厚さは、１×１０-9〜５×１０-3メートルである、請求項７記載の医用インプラントシステム。
【請求項９】
前記金属コーティングは、前記絶縁体によって占められる前記インプラント本体の外面の部分を除き、前記インプラント本体の外面の１％〜１００％にわたって前記インプラント本体の外面の一部分の上に配置される、請求項７記載の医用インプラントシステム。
【請求項１０】
前記金属コーティングは、前記インプラント本体の外面の５０％〜９９％にわたって前記インプラント本体の外面の一部分の上に配置される、請求項７記載の医用インプラントシステム。
【請求項１１】
前記金属コーティングは、前記インプラント本体の外面上のコーティングの２つ又は３つ以上の領域として配置され、前記コーティングの少なくとも１つの領域は、前記第１の端子と電気的連絡状態にあり、前記コーティングの少なくとも１つの領域は、前記第２の端子と電気的連絡状態にあり、
前記絶縁体は、前記電源の第１の端子と前記電源の第２の端子との間の前記電流路中に配置され、前記コーティングの２つ又は３つ以上の領域を電気的に互いに絶縁する、請求項７記載の医用インプラントシステム。
【請求項１２】
前記インプラント本体は、コーティングがない関節面を有する、請求項７記載の医用インプラントシステム。
【請求項１３】
前記金属コンポーネントは、前記外面上に設けられたワイヤの形態をなす、請求項７記載の医用インプラントシステム。
【請求項１４】
前記金属コンポーネントは、前記生体適合性材料よりも導電率が高い、請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項１５】
更に、前記電源と電気的連絡状態にある抵抗器を有する、請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項１６】
更に、前記電源と電気的連絡状態にあるスイッチを有する、請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項１７】
更に、前記スイッチと信号を介して連絡状態にある制御装置を有する、請求項１６記載の医用インプラントシステム。
【請求項１８】
前記内部キャビティの壁と接触状態にある前記キャップの少なくとも一部分は、前記絶縁体の少なくとも一部分を形成する、請求項２記載の医用インプラントシステム。
【請求項１９】
前記制御装置は、前記インプラント本体が植え込まれた個人の体の外部に位置する、請求項１７記載の医用インプラントシステム。
【請求項２０】
前記インプラント本体は、関節置換用インプラント本体、固定器具、スペーサ及びこれらの組合せから成る群から選択される、請求項１、２１、２６及び２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項２１】
医用インプラントシステムであって、
生体適合性材料で作られたインプラント本体を有し、前記インプラント本体は、第１の外面を備えた第１の要素及び第２の外面を備えた第２の要素を有し、
更に、前記インプラント本体の第１の外面上に配置された抗菌性金属を含む第１の金属コンポーネントと、
第１の端子及び第２の端子を備えた電源と、を有し、前記第１の端子は、前記第１の金属コンポーネントと電気的連絡状態にあり、
更に、前記電源の第１の端子と前記電源の第２の端子との間の電流路中に配置された絶縁体を有し、前記絶縁体は、植え込み時、前記インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに前記第１の端子から流れる電流が前記第２の端子に到達するのを阻止する、医用インプラントシステム。
【請求項２２】
更に、前記第２の外面上に設けられた抗菌性金属を含む第２の金属コンポーネントを有し、前記第２の端子は、前記第２の金属コンポーネントと電気的連絡状態にあり、
前記絶縁体は、前記第１の金属コンポーネントを前記第２の金属コンポーネントから絶縁する、請求項２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項２３】
前記第１の金属コンポーネント、前記第２の金属コンポーネント、又は前記第１の金属コンポーネントと前記第２の金属コンポーネントの両方は、金属含有コーティングである、請求項２１、２２、２６又は２８記載の医用インプラントシステム。
【請求項２４】
更に、前記内部キャビティの壁の一部分上に配置された電気導体を有する、請求項２記載の医用インプラントシステム。
【請求項２５】
前記内部キャビティの壁と接触状態にある前記キャップの一部分は、電気的絶縁材料で作られ、前記電気的絶縁材料は、植え込み時、前記インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに前記第１の端子から流れる電流が前記第２の端子に到達するのを阻止する、請求項２記載の医用インプラントシステム。
【請求項２６】
医用インプラントシステムであって、
生体適合性材料で作られたインプラント本体を有し、前記インプラント本体は、第１の外面と、内部キャビティを備えた主要本体部分とを有し、前記内部キャビティは、壁及び開口部を備え、前記インプラント本体は、前記内部キャビティの開口部内に取り外し可能に配置されたキャップ部分を有し、前記キャップ部分は、第２の外面を有し、
更に、前記主要本体部分の第１の外面の上に配置された抗菌性金属含有コーティングと、
内部キャビティ内に設けられた電源と、を有し、前記電源は、第１の端子及び第２の端子を有し、前記第１の端子は、前記抗菌性金属含有コーティングと電気的連絡状態にあり、
更に、前記電源の前記第１の端子と前記電源の前記第２の端子との間の電流路中に配置された絶縁体を有し、前記絶縁体は、植え込み時、前記インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに前記第１の端子から流れる電流が前記第２の端子に到達するのを阻止する、医用インプラントシステム。
【請求項２７】
前記キャップは、突出部分を有し、
前記内部キャビティは、ねじ山付き表面を有し、
前記絶縁体は、ねじ山インサートを有し、
前記キャップの前記突出部分は、前記ねじ山インサートと相互作用して雄型コネクタを形成し、前記内部キャビティの前記ねじ山付き表面と前記雄型コネクタの往復動相互作用を可能にする、請求項２６記載の医用インプラントシステム。
【請求項２８】
医用インプラントシステムであって、
少なくとも２つの整形外科固定具を支持する支持構造体を有し、前記支持構造体は、前記少なくとも２つの整形外科固定具を支持体に固着させ、
更に、前記支持構造体によって支持され且つ第１の外面を有する第１の整形外科固定具と、
前記支持構造体によって支持され且つ第２の外面を有する第２の整形外科固定具と、
前記第１の固定具の第１の外面上に配置された抗菌性金属を含む第１の金属コンポーネントと、
第１の端子及び第２の端子を備えた電源と、を有し、前記第１の端子は、前記第１の金属コンポーネントと電気的連絡状態にあり、
更に、前記電源の前記第１の端子と前記電源の前記第２の端子との間の電流路中に配置された絶縁体と、を有し、前記絶縁体は、植え込み時、前記インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに前記第１の端子から流れる電流が前記第２の端子に到達するのを阻止する、医用インプラントシステム。
【請求項２９】
整形外科インプラントと関連した微生物感染を抑制する方法であって、
請求項１、２１、２６又は２８記載の医用インプラントシステムを用意するステップと、
電流をインプラント本体の外面上に配置された金属コンポーネントに送り出すステップと、を有し、
前記インプラント本体は、潜在的感染部位のところで人体内に配置され、前記金属コンポーネントへの電流の前記送り出しにより、前記潜在的感染部位のところでの感染性微生物に対して毒性の金属イオンの放出が生じ、微生物感染が抑制される、方法。
【請求項３０】
前記金属コンポーネントは、銀、銅、銀と銅の両方、銀とカドミウムの両方、銅とカドミウムの両方、及び銀、銅及びカドミウムの組合せから成る群から選択された抗菌性金属を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記感染性微生物は、グラム陽性菌であり、前記金属コンポーネントは、銀、銅、銀と銅の両方、銀とカドミウムの両方、銅とカドミウムの両方、及び銀、銅及びカドミウムの組合せから成る群から選択された抗菌性金属を含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記感染性微生物は、グラム陰性菌であり、前記金属コンポーネントは、銅及び銅とカドミウムの両方から成る群から選択された抗菌性金属を含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
前記感染性微生物は、真菌であり、前記金属コンポーネントは、銀及び銀と銅の両方から成る群から選択された抗菌性金属を含む、請求項３０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科用インプラント器具と関連した微生物による感染を抑制するシステム及び方法に関する。特に、本発明は、整形外科インプラントと関連した微生物による感染を抑制するシステム及び方法に関する。
【０００２】
なお、本願は、２００５年６月３０日に出願された米国特許出願第１１／１７２，１３８号及び２００５年８月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／７０８，３２０号の優先権主張出願であり、これら米国特許出願の各々を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【背景技術】
【０００３】
関節変性は、老人の主要な慢性的病態であり、米国人では８人に１人が罹患しており、６５歳の年齢層ではほぼ半分がこれを患っている（ブルックス（Brooks）著，「ピー・エム・メディカル・ジャーナル・オーガスト（P.M, Med. J. Aust.）」，２０００年，１７３：３０７−３０８頁を参照されたい）。関節変性の最も一般的な形態は、骨関節症である。骨関節症は、軟骨及び骨を弱体化させて破壊し、骨がこすれ合うと、疼痛が生じる。最終的に、骨面の常時こすれ合いにより、骨面が破壊され、これら骨面は、互いにこすれ合い、それにより粗い有痛性の動きが生じる。関節置換術又は関節形成術は、有痛性で難治の関節病理学的状態の治療において飛躍的技術進歩となっている。関節形成術を体のほぼ任意の関節について実施することができ、かかる関節としては、股関節、膝関節、距腿関節、足関節、肩関節、肘関節、手関節及び指関節が挙げられる。関節置換術は、股関節であれ膝関節であれ距腿関節であれ足関節であれ肩関節であれ肘関節であれ手関節であれ指関節であれその他であれ、いずれにせよ、典型的には、或る形態の関節変性に罹患している患者にとって最終段階の治療として行われる。
【０００４】
多くの人は、その初期段階において、抗炎症薬、減量、ライフスタイルの変更、物理療法又は作業療法を利用することにより関節痛を保存的に管理している。しかしながら、病態が進むと、痛みが増強する。痛みが毎日の通常の活動、例えば靴やソックスを履いたり階段を上る際に強すぎるようになった場合、関節置換術は、動き及び自立性を回復し、痛みを劇的に減少させる魅力的なオプションである。
【０００５】
関節置換は、整形外科においては比較的広い分野であるが、世界中で利用されている骨折固定器具の数は、人工関節の数を遙かに凌いでいる。骨折固定は、外傷事故と関連した骨折の数が増大するにつれて日々増加している。固定器具は、性質上内部に位置し又は外部に位置する場合があり、かかる固定器具は、治癒中骨の断片を適正な位置に維持するのを助ける器具、例えばプレート、ワイヤ、ねじ、ピン、ロッド、釘又はステープルを含む。かかる器具は、通常、骨折部の観血的整復後に挿入され、治癒プロセスの全体にわたってそのままであり、多くの場合、体内の永続的な構造になる。
【０００６】
関節置換術は、１９５０年代初頭に始まり、その頻度は、手術と関連した外科的技術及び内科的介護が向上するにつれて多くなっている。１９８０年代の終わりに、毎年５００，０００から１，０００，０００件の股関節全置換術が実施され、２００４年では、約６００，０００個の人工関節及び２，０００，０００個の骨折固定器具が、米国において患者の体内に挿入されると推定される。
【０００７】
残念ながら、インプラント外科手術の数が増大すると、これと関連した感染の症例数も又増大する。インプラントが植え込まれている人は、器具と関連した感染を発症する恐れがある。人工関節の２パーセント及び固定器具の５パーセントが感染状態になると推定される。感染したインプラントの平均推定値として３パーセントを取ると、３千万という多くの感染のインシデントが生じる場合がある。
【０００８】
インプラント感染の効果は、費用が高くつくと共に患者の健康及び福祉にとって脅威となる。例えば、感染の結果、直接的な医療費及び手術費が掛かり、更に、患者の疼痛、苦しみ、所得の損失、失業、生産性の低下が生じる場合がある。平均で、感染した人工股関節の患者は、感染していない人工股関節患者と比較して、病院で過ごす日数が６倍になる。１９９１年では、入院と外来患者としての両方の感染した患者の全費用は、感染しなかった患者と関連した８，６００ドルという全費用と比較して、４５，０００ドルであった（ベングストン・エス（Bengston, S.）著，「アニュアル・メディスン（Ann. Med.）」，１９９３年，２５：５２３−５２９頁）。
【０００９】
関節置換用インプラント及び固定器具は、人体にとって異物である種々の材料、例えば金属、プラスチック及びポリマー物質を含み、これらは全て、微生物の付着及び成長の基質としての役目を果たす恐れがある。
【００１０】
特に、或る特定の微生物は、或る特定の細菌（バクテリア）を体内の白血球による食細胞抱き込みから保護するグリコカリックス層を分泌する場合がある。グリコカリックスは又、或る細菌を環境的表面（金属、プラスチック、根毛、歯等）に付着させて定着させ、そしてフラッシングに抵抗させることができる。
【００１１】
微生物がインプラントにいったん定着すると、感染を一掃し又はそれどころか抑制することは非常に困難な場合が多い。例えば、構成物質の全身投与は、血液供給がインプラントの領域に制限されるために、効果の無い場合が多い。加うるに、多くの細菌種は、今日、抗生物質に対して耐性を持っている。
【００１２】
感染を抑制することができない場合、感染は、骨の中に感染のある患者には骨髄炎として広がってより深刻になる場合がある。かかる患者は、困難且つコストの掛かる治療を受けなければならない場合が多く、かかる治療では、長期通院、関節デブリードマン（創傷清浄化）、攻撃的な抗微生物療法、全関節除去、次に関節置換が行われ、感染を無くすことができなければ、場合によっては切断術が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
整形外科インプラント器具、例えば関節置換用人工器官又は固定器具の植え込みは、極めてありふれており、これと関連した感染が頻繁に起こるので、新たな感染抑制策が要望され続けている。特に、外科医と患者の双方が、インプラントを取り出さないで人工器官の骨髄炎感染を治療できることが非常に望ましい。さらに、インプラント関連感染を抑制する経済的で安全な器具及び方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
医用インプラントシステムが、生体適合性材料で作られたインプラント本体を有する。インプラント本体は、外面を備え、抗菌性金属を含む金属コンポーネントが、インプラント本体の外面上に設けられている。本発明の医用インプラントシステムは、第１の端子及び第２の端子を備えた電源を有し、更に、電源の第１の端子と電源の第２の端子との間の電流路中に配置された絶縁体を有し、この絶縁体は、植え込み時、インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに第１の端子から流れる電流が第２の端子に到達するのを阻止する。
【００１５】
本発明の医用インプラントシステムは、種々の形式のインプラントのうち任意のものとして構成できる。オプションとして、インプラント本体は、関節置換用人工インプラントである。別のオプションでは、インプラント本体は、関節置換用人工インプラントの一部である。インプラント本体は、整形外科固定器具、整形外科スペーサ又は関節置換用人工インプラント、整形外科固定器具又は整形外科スペーサの組合せであっても良い。
【００１６】
２つ以上のインプラント本体を本発明のシステムの一部として設けることができる。加うるに、例えば２つ以上のインプラント本体を設けた場合、２つ以上の電源を設けるのが良い。
【００１７】
非常に好ましい実施形態では、第１の外面を備えた第１の要素及び第２の外面を備えた第２の要素を有するインプラント本体と、インプラント本体の少なくとも第１の外面上に設けられた抗菌性金属を含む第１の金属コンポーネントとを有する医用インプラントシステムが提供される。第１の端子及び第２の端子を備えた電源が、本発明のインプラントに含まれ、第１の端子は、第１の金属コンポーネントと電気的連絡状態にある。第２の端子は、第２の外面と電気的連絡状態にある。絶縁体が、電源の第１の端子と電源の第２の端子との間の電流路中に配置されていて、植え込み時、インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに第１の端子から流れる電流が第２の端子に到達するのを阻止する。
【００１８】
好ましいオプションでは、抗菌性金属を含む第２の金属コンポーネントが、第２の外面上に設けられ、第２の端子は、第２の金属コンポーネントと電気的連絡状態にある。かかる形態では、絶縁体は、第１の金属コンポーネントを第２の金属コンポーネントから絶縁する。
【００１９】
一実施形態では、壁及び開口部を備えた内部キャビティが、インプラント本体に設けられ、キャップが、内部キャビティの開口部を塞ぐよう設けられる。電源が、内部キャビティ内に位置決めされる。
【００２０】
本発明の一実施形態では、内部キャビティの壁と接触状態にあるキャップの一部分は、電気的絶縁材料で作られ、この電気的絶縁材料は、植え込み時、インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに第１の端子から流れる電流が第２の端子に到達するのを阻止する。例えば、内部キャビティの壁と接触状態にあるキャップの少なくとも一部分は、絶縁性材料で作られるのが良く、又は、絶縁領域を形成する絶縁材料のコーティングを有するのが良い。絶縁領域は、壁との接触領域から所与の距離にわたり延びるのが良い。しかしながら、理解されるように、キャップは、オプションとして、外面から電源端子への電流路となり、したがって、キャップは、壁との接触部から見て遠くに位置するキャップの領域中にかかる電流路を構成してもよい。
【００２１】
本発明の一実施形態として、第１の外面を備えた主要本体部分及び第２の外面を備えたキャップ部分を含むインプラント本体を有する医用インプラントシステムが提供される。抗菌性金属含有コーティング、例えば銀含有コーティングが、主要本体部分の第１の外面に配置される。第１の端子及び第２の端子を備えた電源が、本発明のシステムの一部として設けられ、電源の第１の端子は、銀含有コーティングと電気的連絡状態にあり、第２の端子は、第２の外面と電気的連絡状態にある。絶縁体が、電源の第１の端子と電源の第２の端子との間の電流路中に配置され、植え込み時、インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに第１の端子から流れる電流が第２の端子に到達するのを阻止する。内部キャビティが、インプラント本体に設けられており、電源は、この内部キャビティ内に収納される。内部キャビティ及び電源は、任意の都合の良い位置に位置決めできる。好ましい実施形態では、内部キャビティは、主要本体部分に設けられる。変形例として、内部キャビティを備えた中間部分を設けて主要本体部分及びキャップに取り付けても良い。
【００２２】
特定の実施形態では、突出部分を備えたキャップが提供され、内部キャビティは、ねじ山付き表面を有し、絶縁体は、ねじ山インサートを有し、キャップの突出部分は、ねじ山インサートと相互作用して雄型コネクタを形成し、内部キャビティのねじ山付き表面と雄型コネクタの往復動相互作用を可能にするようになっている。
【００２３】
医用インプラントシステムは、一実施形態では、整形外科固定器具の形態で提供される。本発明の器具は、少なくとも２つの整形外科固定具を支持する支持構造体を有する。支持構造体は、少なくとも２つの整形外科固定具を支持体に固定するようになっている。支持構造体によって支持された第１の整形外科固定具が、第１の外面を備え、支持構造体によって支持された第２の整形外科固定具が、第２の外面を備える。抗菌性金属を含む第１の金属コンポーネントが、第１の固定具の第１の外面上に設けられる。第１の端子及び第２の端子を備えた電源が、設けられ、第１の端子は、第１の金属コンポーネントと電気的連絡状態にある。絶縁体が、電源の第１の端子と電源の第２の端子との間の電流路中に配置され、植え込み時、インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに第１の端子から流れる電流が第２の端子に到達するのを阻止する。
【００２４】
好ましいオプションでは、インプラントは、使用中、インプラントとして全体が人体内に配置されるようになっている。かくして、例えば、本発明のインプラントが植え込まれた個人の体から突き出たワイヤ又は他の導電性要素は存在しない。整形外科固定器具の場合、或る特定の実施形態は、支持構造体、電源及び／又は固定具の少なくとも一部分が植え込まれたときに患者の体外に存在する固定具の一部分を有する。
【００２５】
また、オプションとして、電流導体、例えば金属コンポーネントが、内部キャビティの壁の一部分上に設けられ、好ましくは、キャビティ内の金属コンポーネントの部分が、インプラント本体の外面上に設けられた金属コンポーネントの部分と連続するようになっている。また、好ましくは、キャビティ内の金属コンポーネントは、外面上の金属コンポーネントと同一の組成を有する。オプションとして、キャビティ内の金属コンポーネントの形態は、外面上の金属コンポーネントの形態と比較して同一又は異なっている。例えば、ワイヤ又は金属リボンを外面上の金属コンポーネント及びキャビティ壁に取り付けることができる。一実施形態では、キャビティ内の金属コンポーネントは、この中に収納されている電源の端子と接触状態にある。
【００２６】
好ましいオプションでは、金属コンポーネントは、遷移金属及び／又は元素の周期表の第１０族〜第１４族に見られる金属を含み、金、亜鉛、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、マンガン及びクロムから選択される。本発明のインプラントシステムの好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、抗菌性金属を含み、かかる抗菌性金属は、銀、銅、銀と銅の両方、銀とカドミウムの両方、又は銀、銅及びカドミウムの組合せである。別の実施形態では、金属コンポーネントは、金、亜鉛、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、マンガン、クロム又はこれらの組合せから成る群から選択された金属を含む。
【００２７】
別の好ましいオプションでは、金属コンポーネントは、インプラント本体の生体適合性材料よりも導電率が高い。
【００２８】
金属コンポーネントの一形態は、インプラント本体の外面にコーティングされたコーティングである。かかる金属コーティングの厚さは、１×１０-9〜５×１０-3メートル（これらの数値を含む）である。
【００２９】
オプションとして、インプラント本体の外面の一部分の上に配置される金属コーティングは、絶縁体によって占められるインプラント本体の外面の部分を除き、インプラント本体の外面の１％〜１００％にわたる。別のオプションとして、インプラント本体の外面の一部分の上に配置される金属コーティングは、絶縁体によって占められるインプラント本体の外面の部分を除き、インプラント本体の外面の５０％〜９９％にわたる。金属コーティングが外面の上に連続コーティングの単一の領域として配置される形態が好ましい。
【００３０】
本発明の医用インプラントシステムの一実施形態では、インプラント本体は、金属コンポーネント、例えば金属コーティングを備えていない関節面を有する。
【００３１】
別のオプションでは、金属コンポーネントは、外面上に設けられたワイヤ、リボン又は箔の形態で設けられる。
【００３２】
本発明のシステムは、電源が、金属イオンの放出を可能にするよう連続的に電流を金属コンポーネントに送るように構成されているのが良い。変形例として、システムは、電流の送り出しをオンオフに切り換えるスイッチを有する。別の実施形態では、電流は、流れる電流の大きさ及び放出される金属イオンの量を増減するよう電流を制御するようになった回路によって調節される。かくして、電源と電気的連絡状態にある抵抗器がオプションとして設けられる。好ましい実施形態では、抵抗器及び電源は、インプラント本体の内部キャビティ内に位置決めされる。オプションとして、電源と電気的連絡状態にあるスイッチが、電源を制御するよう設けられる。別のオプションとして、スイッチと信号を介して連絡状態にある制御装置が設けられる。かかる制御装置は、信号を、この信号を受け取ってスイッチを制御するようになったシステムコンポーネントに送るよう作動される。好ましくは、制御装置は、インプラントが植え込まれた個人の外部に位置し、スイッチの作動を医師、医療技術士又は患者によって実施できるようになっている。
【００３３】
また、整形外科インプラントと関連した微生物の感染を抑制する方法が開示され、この方法は、本発明のシステムを用意するステップと、電流をインプラント本体の外面上に設けられた金属コンポーネントに送り出すステップとを有し、インプラント本体は、潜在的感染部位のところで人体内に配置されている。金属コンポーネントへの電流の送り出しにより、潜在的感染部位のところでの感染性微生物に対して毒性の金属イオンの放出が生じ、微生物感染が抑制されるようになっている。
【００３４】
本発明の方法の一実施形態では、感染性微生物は、グラム陽性菌であり、金属コンポーネントは、銀、銅、銀と銅の両方、銀とカドミウムの両方、銅とカドミウムの両方、及び銀、銅及びカドミウムの組合せから成る群から選択された抗菌性金属を含む。追加のオプションとして、感染性微生物は、グラム陰性菌であり、金属コンポーネントは、銅及び銅とカドミウムの両方から成る群から選択された抗菌性金属を含む。別の実施形態では、感染性微生物は、真菌であり、金属コンポーネントは、銀及び銀と銅の両方から成る群から選択された抗菌性金属を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明は、インプラント感染汚染の阻止及び抑制のための方法及び器具を提供する。
【００３６】
一時的又は永続的に外科的に植え込まれた器具の付近に抗菌性金属イオンを放出することができる医用インプラントシステムが提供される。特に、金属イオンは、インプラントの金属コンポーネントに電流を流すことにより金属コンポーネントから放出される。電流を生じさせるための電源が、設けられ、この電源は、インプラントの外部に位置するのが良く又は好ましくはインプラント内に収納されるのが良い。
【００３７】
生体適合性材料で作られたインプラント本体を有する医用インプラントシステムが提供される。金属コンポーネントが、インプラント本体の外面上に設けられ、電源が、金属コンポーネントに電流を送り出すように設けられる。電流は、電気導体を介して金属コンポーネントに送られる。好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、生体適合性材料とは異なる。かくして、生体適合性材料が金属である場合、金属コンポーネントは、生体適合性材料とは組成が異なる。例えば、好ましくは、金属コンポーネントは、生体適合性材料よりも高い導電率を有する。
【００３８】
第１の外面を備えた第１の要素及び第２の外面を備えた第２の要素を有するインプラント本体と、インプラント本体の少なくとも第１の外面上に設けられた抗菌性金属を含む第１の金属コンポーネントとを有する医用インプラントシステムが、非常に好ましい。第１の端子及び第２の端子を備えた電源が、本発明のインプラントに含まれ、第１の端子は、第１の金属コンポーネントと電気的連絡状態にある。第２の端子は、第２の外面と電気的連絡状態にある。絶縁体が、電源の第１の端子と電源の第２の端子との間の電流路中に配置され、植え込み時、インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに第１の端子から流れる電流が第２の端子に到達するのを阻止する。
【００３９】
好ましいオプションでは、抗菌性金属を含む第２の金属コンポーネントが、第２の外面上に設けられ、第２の端子は、第２の金属コンポーネントと電気的連絡状態にある。かかる形態では、絶縁体は、第１の金属コンポーネントを第２の金属コンポーネントから絶縁する。
【００４０】
本明細書で用いる「インプラント本体」という用語は、筋骨格系の構成要素の置換又は修復のための整形外科インプラントを意味している。例えば、整形外科インプラントは、関節置換又は修復のための関節置換用人工インプラントを含む。人工インプラントは、任意の関節の置換又は修復のためのインプラントを含み、かかる関節としては、例えば、とりわけ膝関節、股関節、距腿関節、肩関節、手関節及び指関節又は足指関節が挙げられる。さらに、整形外科インプラントは、筋骨格系の構成要素の置換又は修復に用いられる整形外科固定器具、例えばプレート、ワイヤ、ねじ、ピン、ロッド、釘又はステープルである。整形外科固定器具は、多数個の固定具、例えばプレート、ワイヤ、ねじ、ピン、ロッド、釘又はステープルを含むのが良い。好ましい一実施形態では、インプラント本体は、インプラントの目的に用いられるとき、全体が患者の体内に納められるインプラント本体である。
【００４１】
インプラント本体は、一緒に植え込まれ又は部分的に植え込まれる２つ又は３つ以上の別々の又は分離可能な要素を含むのが良く、かかる要素としては、例えば、主要インプラント本体、キャップ及び２つ又は３つ以上の固定具が挙げられる。かくして、或る特定の好ましい実施形態では、本発明のインプラントシステムは、インプラント本体の少なくとも第１の要素及び第２の要素を含む。
【００４２】
追加の好ましいこの実施形態では、インプラント本体は、部分的に外部に位置し、例えば、外部固定器具である。外部固定器具は、使用中、部分的に患者の体外に位置する１つ又は２つ以上の固定具を含む。外部固定器具は、１つ又は２つ以上の固定具のための支持体を更に有するのが良い。
【００４３】
本明細書で用いる「生体適合性材料」という用語は、外科的に個人の体内への配置後の使用中、比較的不活性であり、有害反応、例えば炎症や拒絶反応がまれにしか生じないような材料を意味している。生体適合性材料は、インプラントがその意図した機能、例えば関節置換又は固定を実行することができるほど十分強固であり且つ耐久性がある。例示の生体適合性材料としては、金属材料、例えば外科用ステンレス鋼、チタン、チタン合金、セラミックス、プラスチック及びこれらの組合せが挙げられる。
【００４４】
金属コンポーネントは、微生物、例えば細菌、原生動物、ウイルス及び真菌による感染を抑制する金属を含む。かかる抗菌性金属としては、遷移金属及び周期表の第１０族〜第１４族の金属が挙げられる。かかる金属としては、例えば、銀、金、亜鉛、銅、カドミウム、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、マンガン及びクロムが挙げられる。或る特定の実施形態では、患者に対してそれほど毒性ではない量の鉛及び／又は水銀を用いても良い。本明細書において説明するように、金属コンポーネントへの電流の印加に応答して金属イオンを生じる抗菌性金属を含む金属コンポーネントが非常に好ましい。
【００４５】
金属コンポーネントは、所与の量の抗菌性金属を含み、この量は、金属コンポーネントの全組成の１重量％〜１００重量％である。一般に、本発明のインプラントシステムに設けられる金属コンポーネントは、約１ナノグラム〜約１キログラムの量の抗菌性金属を含む。金属コンポーネントは、好ましくは、少なくとも５０重量パーセントの抗菌性金属、更に好ましくは少なくとも７５重量パーセントの抗菌性金属、更により好ましくは少なくとも９５重量パーセントの抗菌性金属を含む。別の好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、実質的に全てが抗菌性金属である。特に、金属コンポーネントは、電流を金属コンポーネントに流すと、金属イオンを放出することができる。
【００４６】
抗菌性金属以外の材料も又、金属コンポーネント中に含有させても良い。例えば、金属コンポーネントは、本発明の一形態では、例えば金属コンポーネントの構造的支持作用を提供すると共に金属コンポーネントの費用を安くするために非抗菌性の金属を更に含んでいても良い。変形実施形態では、非金属成分が、例えば金属コンポーネントの構造的支持体を提供すると共にその費用を安くするために金属コンポーネント中に入れられる。例示の非金属成分としては、無機及び有機ポリマーや生分解性材料のような物質が挙げられる。金属コンポーネント中に含まれる非金属成分又は非抗菌性金属は、生体適合性である。好ましくは、金属コンポーネントは、導電性である。
【００４７】
金属コンポーネントは、種々の形態のうちの任意の形態で提供でき、かかる形態としては、例えば、実質的に純粋な金属、合金、複合材、混合物及び金属コロイドが挙げられる。かくして、一実施形態では、金属コンポーネントは、抗菌性金属をドープした物質である。例えば、特定の例では、抗菌性金属を含むステンレス鋼及び／又はチタン合金を金属コンポーネント中に含ませるのが良い。
【００４８】
銀の抗菌性は、特に良好であるという特徴があり、金属コンポーネントは、好ましくは、所与の量の銀を含み、この量は、金属コンポーネントの全組成の１重量パーセント〜１００重量パーセントである。金属コンポーネントは、好ましくは、少なくとも５０重量パーセントの銀、更に好ましくは少なくとも７５重量パーセントの銀、更により好ましくは少なくとも９５重量パーセントの銀を含む。別の好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、実質的に全てが銀である。
【００４９】
銅も又、金属コンポーネント中に含まれる好ましい金属であり、金属コンポーネントは、好ましくは、金属コンポーネントの全組成の１重量％〜１００重量％の量の銅を含む。一実施形態では、少なくとも５０重量％の銅が含まれ、更に好ましくは金属コンポーネントは、少なくとも７５重量％の銅を含み、更により好ましくは少なくとも９５重量％の銅を含む。別の好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、実質的に全てが銅である。金属コンポーネントは、電流を金属コンポーネントに流すと、金属イオンを放出することができる。
【００５０】
金属の組合せも又、金属コンポーネントに含まれるものとして想定される。幾つかの場合、或る特定の金属は、成長を阻害し且つ／又は特定の種又はタイプの細菌を殺菌するのに有効な場合がある。例えば、特定の金属は、グラム陽性菌の成長を阻害し且つ／又は殺菌するのに有効であり、他の金属は、本明細書において実施例に例示されているようにグラム陰性菌に対して有効である。
【００５１】
特定の実施形態では、銀と銅の両方が、金属コンポーネントに含まれる。銀と金の組合せは、相乗的抗菌効果を発揮することができる。例えば、組合せを用いた場合、必要な個々の金属の各々の量は少なくて済む。加うるに、相乗効果が観察される場合、治療時間が短くなるということがうかがわれる。金属コンポーネント中における銅と銀の比は、１０００：１〜１：１０００である。一実施形態では、金属コンポーネントは、好ましくは、金属コンポーネントの全組成の１重量パーセント〜１００重量パーセントの量の銅／銀組合せを含む。一実施形態では、少なくとも５０重量パーセントの銅／銀組合せが含まれ、更に好ましくは、金属コンポーネントは、少なくとも７５重量パーセントの銅／銀組合せを含み、更により好ましくは、少なくとも９５重量パーセントの銅と銀の組合せを含む。別の好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、実質的に全てが銅及び銀である。
【００５２】
さらに好ましい実施形態では、抗菌性を有するが、電流を金属に流したときに抗菌性が増大することはない金属が、金属コンポーネント中に含まれる。例えば、カドミウムには実施例において説明するように広範な微生物に対して抗菌性効果を有し、かかる抗菌性は、電流の印加によっては増大しない。かかる金属は、オプションとして、電流を金属コンポーネントに流すと、金属イオンを放出することができる１種類又は２種類以上の金属と一緒に金属コンポーネント中に含まれる。特に好ましい実施形態では、カドミウム及び銀、又はカドミウム、銀及び銅が、金属コンポーネント中に含まれる。電流を金属コンポーネントに流したときに金属イオンを放出することができる１種類又は２種類以上の金属と電流を金属コンポーネントに流しても抗菌性が増大しない１種類又は２種類以上の金属の比は、約１０００：１〜１：１０００であるのが良い。一実施形態では、金属コンポーネントは、好ましくは、銅及び／又は銀とカドミウムの比が約１０００：１〜１：１０００であるように所与の量の銅及び／又は銀及び所与の量のカドミウムを含む。金属コンポーネント中における銀及び／又は銅とカドミウムの組合せは、金属コンポーネントの全組成の約１重量パーセント〜約１００重量パーセントの量である。一実施形態では、少なくとも５０重量パーセントの銅及び／又は銀とカドミウムの組合せが含まれ、更に好ましくは、金属コンポーネントは、少なくとも７５重量パーセントの銅及び／又は銀とカドミウムの組合せを含み、更により好ましくは、少なくとも９５重量パーセントの銅及び／又は銀とカドミウムの組合せを含む。別の好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、実質的に全てが銅及び／又は銀とカドミウムである。金属コンポーネント中における抗菌性金属の上記組合せ及び他の組合せは、インプラントを特定の治療状況に合わせてあつらえることができるようにする。
【００５３】
好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、インプラント本体の外面の上に配置されたコーティングの形態をしている。コーティングを種々の方法のうちどの方法によって配置させてもよく、かかる方法としては、例えば、浸漬塗布、薄膜蒸着、真空蒸着及び電気めっきが挙げられる。コーティングの形態をした金属コンポーネントの厚さは、１×１０-9〜５×１０-3メートル（これらの数値を含む）であり、好ましくは１×１０-7〜４×１０-3メートル（これらの数値を含む）であり、より好ましくは０．５×１０-6〜５×１０-4メートルである。
【００５４】
銀コーティング金属コンポーネントを含む一例では、被覆法の実施中に用いられる銀の全重量は、約１ナノグラム〜約１００グラムである。かかるコーティングの重量は、イオン化が生じるのに十分な量の金属材料が存在するようにするために、少なくとも１ナノグラムである。銀の全重量は、患者にとって非毒性の状態を維持するために、代表的には約１００グラムを超えない。しかしながら、この範囲の上限と下限の両方は、特定のインプラントの寸法形状及びインプラント本体に関連した金属コンポーネントの局所化で決まる場合があり、この範囲に制限されるものではない。
【００５５】
インプラント本体の外面の上に配置された金属コーティングを含む実施形態では、金属コーティングは、好ましくは、インプラント本体の外面の上の少なくとも５０パーセントに配置され、より好ましくは、コーティングは、インプラント本体外面上の少なくとも７５パーセントに配置される。インプラント本体の外面の上に配置された金属コーティングを含む実施形態では、コーティングは、オプションとして、インプラント本体の外面上の実質的に全てに配置される。別のオプションでは、インプラント本体は、１つ又は２つ以上の関節摩耗面を除く外面上の実質的に全てに配置された金属コーティングで覆われる。「関節摩耗面」という用語は、植え込まれると、通常の使用中に摩耗するよう露出されるインプラント本体の一部分である。例えば、股関節インプラントは、人工関節の「ボール」及び「ソケット」コンポーネントのインターフェイスのところ、即ち、寛骨臼面のところの関節摩耗面を有する。インプラント本体が固定器具の場合、コーティングは、好ましくは、インプラント本体の外面の少なくとも５０パーセント、より好ましくはインプラント本体の外面の少なくとも７５パーセント、更に好ましくは、インプラント本体の外面の実質的に全てに存在し、器具が骨ねじである場合ねじ山を含む。
【００５６】
コーティングをパターン化されたやり方でインプラントの表面の上に配置するのが良い。例えば、絡み合った縞状の金属コンポーネント及び絶縁体をインプラントの表面上に配置するのが良い。かかるパターンは、好ましくは、微生物をインプラントの周囲全体周りに抑制するよう設計される。かくして、コーティングの不連続領域相互間の距離は、流された電流に応答して抗菌性コーティングから生じるイオンの拡散距離を計算に入れるよう選択される。代表的には、イオンは、約１ミリメートル〜約１０ミリメートルの距離拡散する。
【００５７】
理解されるように、インプラント本体の少なくとも２つの要素を含む本発明のインプラントシステムの好ましい実施形態の関連において、各要素は、金属コンポーネントを有し、金属コンポーネントは、絶縁体により互いに電気的に絶縁され、各要素は、オプションとして、金属含有コーティングの形態をした金属コンポーネントを含む。これに関連して、インプラント本体の１つ又は２つ以上の要素にコーティングされた金属含有コーティングは、好ましくは、インプラント本体の一方又は両方の要素の外面の少なくとも５０パーセントに存在する。より好ましくは、インプラント本体の１つ又は２つ以上の要素にコーティングされた金属含有コーティングは、インプラント本体の一方又は両方の要素の外面の少なくとも７５パーセントに存在し、更に好ましくは、インプラント本体の１つ又は２つ以上の要素にコーティングされた金属含有コーティングは、好ましくは、器具が骨ねじの場合、ねじ山を含むインプラント本体の１つ又は２つ以上の要素の外面の実質的に全てに存在する。しかしながら、１つ又は２つ以上の要素の表面にコーティングされた金属含有コーティング相互間の電流路中に配置された絶縁体は、１つの要素と別の要素を電気的に絶縁し、かくして、インプラント本体の１つ又は２つ以上の要素上に設けられた金属含有コンポーネントと電気的連絡状態にある金属含有コーティングを含まない。
【００５８】
インプラント本体の要素にコーティングされた金属コーティングは、好ましくは、被覆材料の単一の連続した広がりとして外面上に配置される。
【００５９】
オプションとして、金属コンポーネントは、インプラント本体の外面に配置されたワイヤ、リボン又は箔の形態をしている。かかる金属コンポーネントを溶接、接着剤等によりインプラント本体に取り付けても良い。
【００６０】
別の実施形態では、インプラント本体は、インプラント本体又はその一部が金属コンポーネントであるように抗菌性金属を含むのが良い。第２の金属コンポーネントをかかるインプラント本体と接触した状態で更に設けるのが良い。かくして、インプラント本体又はその一部は、ステンレス鋼と抗菌性金属の合金及び／又はチタンと抗菌性金属の合金を含むのが良い。かかる材料の市販の例は、銅を３％含むステンレス等級３０４３０である。
【００６１】
別の実施形態では、抗菌性金属を含む材料で作られたインプラント本体は、抗菌性金属がインプラント本体全体にわたり非一様に分布して配置されるよう調合されるのが良い。例えば、抗菌性金属を抗菌性金属の大部分がインプラント本体の１つ又は２つ以上の表面のところ又はその近くに見出されるよう局所化するのが良い。
【００６２】
電流を金属コンポーネントに流して抗菌性金属のイオンを放出させるため、電源が本発明のシステムに設けられる。電源は、種々の電源のうちの任意のもの、例えば電池、キャパシタ又は外部ＡＣへの接続部であって良い。かかる電源は、当該技術分野においては公知である。
【００６３】
本発明のシステムの一実施形態では、電源は、人工関節を受け入れる個人の体内に植え込まれる。かかる実施形態におけるインプラント電源は、自蔵式であり、即ち、外部電源への接続を必要としない。例としては、例えば、電気化学電池、例えば電池及びキャパシタが挙げられる。好ましい実施形態では、インプラント本体は、電源及びオプションとして電源からの電流を調節するようになった回路を含むシステムの他のコンポーネントを収容する内部キャビティを有する。
【００６４】
インプラント本体の内部キャビティは、キャビティを画定する壁及び電源及びオプションとしてシステムの他のコンポーネントの挿入を可能にする開口部を有する。
【００６５】
一般に、インプラント本体のキャビティ内に収納される好ましい電源は、軽量であり、キャビティに嵌まり込むよう寸法決めされている。加うるに、インプラント本体キャビティ内に収納される電源は、０．１〜２００マイクロアンペアの電流を生じさせることができる。インプラントキャビティ内に収納された電源は、患者の要件に応じて選択されるべきである。例えば、仮インプラントは、永続的インプラントと同じほど長い推定耐用年数を備えた電源を必要としない場合がある。
【００６６】
別の実施形態では、電流を調節するようになった回路が、本発明のシステムに含まれる。インプラントに流される電流を増大させることにより金属イオンを多量に可動化することができる。電流を増大させると、金属イオン、好ましくは銀イオンの密度の増大が、インプラントの表面の近くで生じることになる。銀イオンの密度の増大により、拡散係数が増大すると共にイオンによる侵入距離を増大させることができる。同様に、例えば感染が存在しているとは考えられない場合、電流を調節してイオン放出量を所望に応じて減少させるのが良い。
【００６７】
例えば、抵抗器、スイッチ、信号受信器、継電器、信号送信器、変圧器又はこれらの組合せ若しくは他のかかるコンポーネント及びコネクタをオプションとして回路板構造として構成された状態で設けても良い。好ましい実施形態では、本発明のシステムに設けられていて、電流を調節するようになった回路の全て又は一部は、整形外科インプラントのインプラント本体のキャビティ内に収納される。
【００６８】
かくして、オプションとして、内部キャビティは、電流を調節する抵抗器を更に収納する。例えば、電池と直列に配置された抵抗器により、長い推定耐用年数の大形電池の使用が可能である。電池と直列状態の抵抗器を用いると、電流の流れを所望レベルに減少させることができる。
【００６９】
所要の電流を生じさせることができる適当なサイズの電源をいったん定めると、方程式Ｖ＝Ｉ・Ｒを用いて抵抗を計算することができ、この場合、Ｖは、選択された電池の電圧であり、Ｉは、電流であって、１マイクロアンペアであり、Ｒは、この電流を定めた電池から流れることができるようにする抵抗である。この場合、この抵抗器を電源と直列に配置して所要の電流を生じさせるのが良い。抵抗器は、他の検討事項との関連で選択され、他の検討事項としては、例えば、電源の所望の寿命、所望の電圧及び／又は所望の電流が挙げられる。注目されることとして、電源から送り出される電流も電圧もインプラントのサイズによっては変更されない。
【００７０】
特定の例では、表面実装チップ型抵抗器が、この用途において使用可能な抵抗器の要件を満足させるであろう。表面実装チップ型抵抗器は、１オームから最高５１メガオームまでの種々の抵抗で市販されている。表面実装チップ型抵抗器は、サイズの制約を満たす種々のサイズで製造される。例えば、オーマイト（Ohmite）、薄膜高電圧ＳＭＤチップ、直列ＭＭＣ０８は、再設計型股関節インプラントのシャフト内に容易に嵌まり込む。ＭＭＣ０８は、全長が２．０ミリメートル、全幅が、１．２５ミリメートルの寸法を有する。この特定の抵抗器は、１００オーム〜５１メガオームの抵抗で製造される。
【００７１】
本発明のインプラントシステムは、抗菌性金属イオンの所望の量が特定の期間にわたって放出されて望ましくない微生物に対する抑制的効果を最適化すると共に望ましくない副作用を最小限に抑えるように構成されるのが良い。一実施形態では、本発明のインプラントシステムは、設けられた電源が連続動作し、金属イオンが連続して放出されるように構成される。
【００７２】
好ましいオプションでは、電源から金属コンポーネントに流れる電流を制御するためのスイッチが、本発明のシステムに組み込まれる。スイッチにより、電流の流れを制御することにより、抗菌性イオンを指定された期間の間放出することができる。例えば、スイッチをターンオンして一定の間隔で、例えば、１週間に１度又は１箇月に１度、感染を抑制するために植え込みに続く所与の時間の間、電流を流して抗菌性イオンを放出させる。さらに、感染が検出され又は疑われる場合、スイッチを動作状態にして電流を流すと共に金属イオンを放出させて感染を抑制するよう努める。組み込まれたスイッチは、電流及びこのスイッチの前後に現われる電圧に耐えることができる。理解されるように、本発明のインプラントシステムに組み込まれる全てのコンポーネントは、現場に配置されたとき、所望の期間にわたり使用条件及び環境に耐えるよう選択される。
【００７３】
スイッチが、オプションとして、又好ましくは、植え込まれた人工器官を有する個人の体の外部に位置する制御装置により制御される。外部制御装置は、スイッチを制御するよう働く信号を放出することができる。一例では、磁気制御型スイッチ、例えばリードスイッチが用いられる。制御装置により外部から制御される磁石を利用したスイッチは、現在製造されていて、商用源から入手される。かかるスイッチは、スイッチをターンオンし又はターンオフするためにスイッチの近くに配置される磁石を含む制御装置により制御される。例えば、磁石は、人工股関節インプラントの内部キャビティ内に収納された磁気制御型スイッチを動作状態にするために患者の股関節の付近に位置決めされるのが良い。かくして、スイッチは、制御装置と信号を介して連絡状態にある。
【００７４】
オプションとして、スイッチを作動させ、電流の流れを調節するようになった受信器回路と信号を介して連絡状態にある送信器が、本発明のシステムに組み込まれる。好ましくは、送信器は、本明細書において説明するように人工器官が植え込まれた個人の体の外部で作動される。例えば、高周波送信器を用いると、インプラント本体の内部キャビティ内に設けられていて、スイッチを作動させると共に電流の流れを調節するようになった受信器回路に高周波信号を送ることができる。
【００７５】
別の実施形態では、電流の流れを調節するようプログラムされたマイクロチップ回路が、本発明のシステムに組み込まれる。好ましくは、マイクロチップ回路は、本発明のインプラント本体のキャビティ内に収納される。別の実施形態では、かかるマイクロチップ回路は、電流の流れを遠隔制御するようインプラント植え込み患者の体内の第２の場所、例えば丁度皮膚の下に植え込まれるのが良い。
【００７６】
インプラント本体の外面上又はインプラント上のどこか別の場所での微生物の成長、例えば細菌の成長を検出するセンサが組み込まれるのが良い。かかるセンサは、細菌の成長を指示する信号を、スイッチを作動させるようになった回路に送ることができ、それにより金属イオンの放出を刺激すると共に微生物を抑制することができる。
【００７７】
好ましくは、電源を内部キャビティ内に有するインプラント本体は、使用時、全体が人体内に配置されるようになっている。かくして、インプラント本体は、好ましくは、従来型インプラント本体と実質的に同一の寸法形状を有する。
【００７８】
好ましいオプションでは、金属コンポーネントの一部が、内部キャビティ内に収納される。例えば、好ましいオプションでは、金属コーティングが、内部キャビティの壁の一部分に存在する。かかる金属コーティングは、好ましくは、インプラント本体の外面上に設けられた金属コンポーネント、例えばコーティングと連続する。オプションとして、又、好ましくは、内部キャビティ内に存在する金属コンポーネントが、キャビティ内に存在する電源の一方の端子と電気的接触状態にある。キャビティ内に存在する金属コンポーネントは又、ワイヤ、リボン又は箔の形態をしていても良い。好ましくは、キャビティ内の金属コンポーネントは、インプラント本体の外面上に存在する金属コンポーネントと同一の形態をしており、これと連続状態にある。
【００７９】
好ましいオプションでは、外面及び／又は内部キャビティの壁上に設けられた金属コンポーネントは、インプラント本体を構成する生体適合性材料よりも導電率が高い。
内部キャビティは、例えばヒンジによってインプラント本体に取り付けることができ又は完全に取り外し可能なキャップを用いて閉鎖できる開口部を有する。
【００８０】
電源から電流を導く導管が、本発明のシステムに組み込まれている。一実施形態では、導管は、インプラント本体の生体適合性材料である。
【００８１】
別の実施形態では、電源は、人工器官が植え込まれた個人の体の外部に位置し、導管は、個人の皮膚を横切ってインプラント本体上に設けられた金属コンポーネントを外部電源に接続する。
【００８２】
図１は、本発明の器具１００の例示の実施形態を部分外面部分切除図で示している。予防的殺菌性股関節インプラントが、外面１２０にコーティングされた（斑点で示されている）、例えば銀コーティングの形態をした金属コンポーネントを有する状態で図示されている。内部キャビティ１７０が、縞模様で示された領域として切除断面図に示されている。この内部キャビティ１７０により、電池、スイッチ及び抵抗器の各コンポーネントの内部配置を可能にする。スイッチ１３０、抵抗器１４０及び電池１５０は、内部キャビティ１７０内に収納された状態で示されている。抵抗器１４０及びスイッチ１３０は、電池及び電流路に対して特定の順序で示されているが、これらコンポーネントは、電流路中のどこか他の場所に且つこの実施形態及び他の実施形態においてそれぞれ異なる順序で配置されてもよい。元々のシャフトの残りの端部は、キャップ１６０を形成するよう機械加工されており、キャップ１６０は、内部キャビティ１７０内への内部コンポーネントの組み込み後、内部キャビティ１７０のカバーを形成するよう配置される。特定の実施形態では、キャップ１６０は、内部キャビティ１７０の気密シールを形成し、内部キャビティ１７０の内部に位置するコンポーネントが外部環境から保護され、その上、患者の体が、内部キャビティ１７０内のコンポーネントへの暴露から保護されるようになっている。この例では、符号１８０のところに斑点が無く又は縞模様の無い状態で示すように、他のインプラント部品又は関節面等の体の生まれつき備わった要素との相互作用に起因して摩耗する傾向のある表面上には、コーティングが存在していない。
【００８３】
図１Ａは、股関節インプラント本体１００の外観図であり、インプラント本体の外面１２０に存在する金属コーティング（縞模様で示されている）、例えば銀コーティングを示している。このコーティングは、この図においてもキャップ１６０の上に存在しているが、符号１８０で示すように関節面又は摩耗面には存在していない。
【００８４】
電源の一方の端子から金属コンポーネントまで延びる導管が、オプションとして、これらの間に延びるワイヤ又は電線の形態で設けられている。上述したように、オプションとして、金属コンポーネントと電源の第２の端子との間の別の連結手段が設けられる。
【００８５】
本発明の別の好ましい実施形態では、金属コンポーネントは、インプラントと取り外し可能な接触状態にある。例えば、インプラントと取り外し可能な接触状態にある金属コンポーネントは、インプラント表面と接触状態にある金属ワイヤの形態を有するのが良い。
【００８６】
本発明のシステムの別の実施形態では、本発明の人工インプラントが植え込まれた個人の体の外部に延びる導管が、提供される。例えば、ワイヤの形態をした導管が提供され、ワイヤの一端を植え込まれた人工器官の金属コンポーネントに近接して、好ましくは金属コンポーネントと接触して位置決めされて電流を金属コンポーネントに送り、金属イオンを金属コンポーネントから放出させることができるようになっている。ワイヤの反対側の端は、オプションとして、電源に接触するよう体外に延びるのが良い。導管は、オプションとして、感染の恐れが低い場合に取り外され、必要に応じて金属イオン放出を刺激できるよう再位置決めされてもよい。
【００８７】
図２は、固定器具、特に骨ねじ２１０の形態をしたインプラント本体を示している。インプラント本体の外面２２０が、ねじ山の上のコーティングを含む連続金属コーティングの形態をした金属コンポーネントを有している。また、スイッチ２３０、抵抗器２４０及び電池２５０が、縞模様が施されている切除領域に示された内部キャビティ２７０内に挿入された状態で図示されている。また、内部キャビティ２７０を閉鎖して内部キャビティ２７０内に収納されているこれらコンポーネントを外部環境から保護すると共に内部キャビティ２７０内に収納されているコンポーネントへの細胞の暴露を制限するキャップ２６０が図示されている。金属コーティング２８０が、内部キャビティ２７０の内部に位置した状態で示されている。金属コーティングが図示の骨ねじのねじ山２９０に更に存在する実施形態が、この図に記載されている。
【００８８】
図１及び図２に示されている形態は、電池と銀の外面との間のデッドエンド（行き止まり）電気回路に対応している。電流が、良導体、即ち銀コーティングを通って外面に流れ、かくして、非常に不良な導体、即ち内部残留ハードウェアデバイスを回避する。しかしながら、デッドエンド回路を備えていない実施形態は、殺菌効果を向上させることが判明した。
【００８９】
非常に好ましい実施形態では、本発明の医用インプラントシステムは、第１の端子から流れる電流が短絡を生じさせないように絶縁体を有している。かくして、絶縁体は、植え込み状態のインプラントシステムの付近の導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに電流が第２の端子に到達するのを阻止するために、電源の第１の端子からの電流路中に配置されている。
【００９０】
図３は、かかる非常に好ましい実施形態の概略回路図である。インプラント本体の第１の要素と電気的接続状態にある第１の金属コンポーネントが、符号３２０で示され、インプラント本体の第２の要素と電気的接続状態にある第２の金属コンポーネントが、符号３２２で示されている。金属コンポーネント３２０，３２２は各々、電源３５０と電気的連絡状態にあり、第１の金属コンポーネント３２０は、電源３５０の第１の端子３１２と電気的連絡状態にあり、第２の金属コンポーネント３２２は、電源３５０の第２の端子３１４と電気的連絡状態にある。導管３５２，３５４は、それぞれ、第１及び第２の金属コンポーネント３２０，３２２と電源の第１の端子３１２及び第２の端子３１４との間の電気的コネクタを構成している。また、オプションとしての抵抗器３３０及びオプションとしてのスイッチ３４０が図示されており、これらは各々、電源と電気的連絡状態にある。
【００９１】
関節置換又は修復用インプラントは、本発明のシステムのインプラント本体として組み込むことができる１つ又は２つ以上の植え込み可能な部品を有している。例えば、股関節置換インプラントは、代表的には、生まれつき備わった大腿骨頭に取って代わる大腿骨部品及び生まれつき備わった寛骨臼に取って代わるソケット部品又は寛骨臼カップ又はシェルを有する。本発明のシステムを股関節置換人工インプラントの大腿骨部品であるインプラント本体に関して本明細書において多岐にわたって説明するが、人工股関節インプラントのソケット部品又はカップ部分も又、本発明のシステムに組み込むことができ、本明細書において説明するように電源又は他のコンポーネントを収納する内部キャビティを有するよう構成できることは言うまでもない。関節置換インプラント部品の別の例は、例えば第１列の手根骨が除去された場合に存在する手根骨コンポーネント及び例えば橈骨に挿入され又はこれに取り付けられた橈骨部品を含む手関節インプラントを含む。橈骨部品は、手根骨部品と相互作用可能な関節面を備えるのが良い。別の例は、大腿骨に取り付けられる大腿骨部品及び脛骨に取り付けられる脛骨部品を有する股関節人工インプラントであり、大腿骨部品及び脛骨部品は各々、互いに相互作用可能な関節面を有する。理解されるように、人工インプラントの１つ又は２つ以上の部品は、本明細書で説明するように電源及び他のコンポーネントを収納する内部キャビティを有するよう構成されるのが良い。かくして、本発明のシステムは、２つ以上のインプラント本体を有する場合がある。別のオプションでは、多数のインプラント本体の各々は、キャビティ及び電源を有するのが良く、上述したように他のコンポーネント、好ましくは抵抗器及びスイッチを更に有するのが良い。別のオプションでは、多数のスイッチを例えばインプラント本体の付近に位置する１つのインプラント本体又は領域が別のインプラント本体又は領域よりも感染しやすい場合、別々に制御するのが良く、このインプラント本体のスイッチを作動させて別のインプラント本体では電流をターンオンしないでこのインプラント本体の電流をターンオンするよう作動させるのが良い。
【００９２】
上述したように、インプラントは、限定された期間の間植え込まれたままであることが意図された仮インプラントであっても良く、個人の寿命の残りと同じほど長く長期間にわたって植え込まれたままの状態であることが意図された永続的インプラントであっても良い。仮インプラントの１つのタイプは、「スペーサ」インプラントと呼ばれている。スペーサインプラントは、代表的には、永続的インプラント又は短期間インプラントと比較して、これらとほぼ同じ寸法形状を有する。スペーサインプラントは、代表的には、永続的関節置換インプラントが最終的に位置決めされることになる領域の空間的健全性を維持するために植え込まれる。例えば、個人が除去する必要のある著しく感染状態にあるインプラントを持っている場合、スペーサインプラントを感染と戦いながら植え込むのが良い。
【００９３】
本発明のシステムは、全身性又は限局性抗生物質の過程を本発明の抗菌性システムの相乗効果が達成されるので特に有利である。さらに、本発明のスペーサインプラントは、この状況において現在用いられている骨セメントの使用の必要性を減少させ又はこれを不要にすることができる。スペーサインプラントの挿入により、患者は、関節に骨セメントを充填しなかった場合よりも極めて活動的になることができる。さらに、その部位での組織侵入作用が、スペーサインプラントの配置により減少する。
【００９４】
一実施形態では、第１の端子、第２の端子及び第１の端子と第２の端子との間の電位差を有する電源、例えば電池が提供される。更に、第１の端子と金属コンポーネントの間の電気的接続を可能にする導管が提供される。また、金属コンポーネントと第２の端子との間の電気的接続を可能にする導管が提供される。
【００９５】
好ましい実施形態では、金属コンポーネントと第２の端子との間に、本発明のシステムが植え込まれる人体の組織又は体液を介して電気回路が構成される。
【００９６】
上述したように、非常に好ましい実施形態では、本発明の医用インプラントシステムは、第１の端子から流れる電流が短絡を生じさせないように絶縁体を有する。かくして、絶縁体は、植え込み状態のインプラントシステムの付近の導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに電流が第２の端子に到達するのを阻止するために、電源の第１の端子からの電流路中に配置されている。
【００９７】
特に例えば図４を参照すると、インプラント本体は、固定器具、特に骨ねじ４００の形態で示されている。インプラント本体４１０の外面４２０が、ねじ山の上のコーティングを含む連続金属コーティングの形態をした金属コンポーネントを含んでいる。また、スイッチ４３０、抵抗器４４０及び電池４５０が、内部キャビティ４７０内に挿入された状態で図示されている。電池４５０は、第１の端子４１２及び第２の端子４１４を有している。また、内部キャビティ４７０を閉鎖して内部キャビティ４７０内に収納されているこれらコンポーネントを外部環境から保護すると共に内部キャビティ４７０内に収納されているコンポーネントへの細胞の暴露を制限するキャップ４６０が図示されている。さらに、絶縁体４８５が示されている。この例では、電流路が、電池４５０の第１の端子４１２から、電流を金属コンポーネント４２０に流すための導管としての役目を果たすインプラント本体４１０を通り、そしてインプラントが配置される体組織又は体液４２２及びキャップ４６０を引き続き通り、そして電池４５０の第２の端子４１４まで確立されている。絶縁体４８５は、例えばインプラント本体を通って電池の第２の端子４１４に至る電流の短絡を阻止する。図４Ａは、図４に示す一点鎖線４９８に沿って見た絶縁体４８５を示している。図４Ａに示す絶縁体４８５は、電流を第２の端子４１４に流すことができるように構成された導電性部分４８７を有している。かかる導電性部分４８７は、導電性材料で作られた部分であるのが良い。別のオプションでは、導電性部分４８７は、絶縁体４８５の非導電性領域を貫通して設けられた開口部であっても良い。
【００９８】
別の特定の例では、図５は、股関節インプラント５００の形態のインプラント本体を示している。インプラント本体５１０の外面５２０が、ねじ山の上のコーティングを含む連続金属コーティングの形態をした金属コンポーネントを含んでいる。また、スイッチ５３０、抵抗器５４０及び電池５５０が、内部キャビティ５７０内に挿入された状態で図示されている。電池５５０は、第１の端子５１２及び第２の端子５１４を有している。また、内部キャビティ５７０を閉鎖して内部キャビティ５７０内に収納されているこれらコンポーネントを外部環境から保護すると共に内部キャビティ５７０内に収納されているコンポーネントへの細胞の暴露を制限するキャップ５６０が図示されている。さらに、絶縁体５８５が示されている。この例では、電流路が、電池５５０の第１の端子５１２から、電流を金属コンポーネント５２０に流すための導管としての役目を果たすインプラント本体５１０を通り、そしてインプラントが配置される体組織又は体液５２２及びキャップ５６０を引き続き通り、そして電池５５０の第２の端子５１４まで確立されている。絶縁体５８５は、例えばインプラント本体５００を通って電池の第２の端子５１４に至る電流の短絡を阻止する。図５Ａは、図５に示す一点鎖線５９８に沿って見た絶縁体５８５を示している。図５Ａに示す絶縁体５８５は、電流を第２の端子５１４に流すことができるように構成された導電性部分５８７を有している。かかる導電性部分５８７は、導電性材料で作られた部分であるのが良い。別のオプションでは、導電性部分５８７は、絶縁体５８５の非導電性領域を貫通して設けられた開口部であっても良い。
【００９９】
オプションとして、絶縁体５８５は、内部キャビティ５７０内にねじ込み嵌合できるよう構成されており、かくして、キャップ５６０を内部キャビティ５７０の壁から絶縁し、それによりキャップ５６０をインプラント本体５１０から絶縁する。例えば、ねじ込みインサート、例えばヘリコイル（Helicoil）の形態をした絶縁体５８５が、内部キャビティ５７０の壁とねじ山を介して噛み合い可能に、又、キャップ５６０の壁とはねじ山を介して噛み合うことがないように設けられている。
【０１００】
絶縁体５８５は、非導電性材料で作られるのが良い。オプションとして、絶縁体５８５は、生体適合性材料で作られる。適当な材料としては、セラミック、プラスチック及び他のポリマー、例えばゴムが挙げられる。絶縁体５８５は、本発明のインプラントシステムにおける短絡を阻止するために種々の形態のうちの任意の形態で構成される。例えば、絶縁体５８５は、電源５５０の第１の端子５１２と電源５５０の第２の端子５１４との間の電流路中に設けられていて、患者の体内への植え込み時、インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに第１の端子５１１２から流れる電流が第２の端子５１４に到達するのを阻止するための非導電性材料の本体であるのがよい。さらに、絶縁体５８５は、電流路中に設けられた非導電性材料のコーティングであっても良い。
【０１０１】
図６は、股関節インプラントの形態をした本発明の実施形態としての器具６００を示しており、インプラントの外観を示している。股関節インプラントは、外面にコーティングされた金属含有コーティング６２０（斑点で示されている）を有する状態で示されている。股関節インプラントの３つの部分、即ち、本体６３０、中間絶縁体部分６４０及びキャップ６６０が示されている。絶縁体部分６４０は、第１の金属コンポーネント、即ち本体６３０上の抗菌性金属含有コーティングを、第２の金属コンポーネント、即ちキャップ部分６６０上の抗菌性金属含有コーティングから電気的に絶縁している。図示の実施形態では、中間絶縁体部分６４０の本体及び表面６２２は、電源の第１の端子と第２の端子との間の電流路中に設けられた絶縁体である。内部キャビティ６７０が、図示されている。この内部キャビティ６７０は、電池、スイッチ及び抵抗器の各コンポーネントの内部配置を可能にする。この実施形態では、本体６３０及びキャップ６６０は各々、本体６３０を中間絶縁体部分６４０にしっかりと取り付けると共にキャップ６６０を中間絶縁体部分６４０にしっかりと取り付けるための雄型コネクタ６８０を有している。図示のように、雄型コネクタ６８０は、中間絶縁体部分６４０のねじ山付き部分と相互に往復動噛み合い可能にねじ山が設けられている。しかしながら、任意形式のコネクタを使用してもよく、かかるコネクタの形式としては、例えば、コンポーネントの「スナップ」嵌合方式が挙げられる。本体６３０、中間絶縁体部分６４０及びキャップ６６０の組立体は、内部キャビティ６７０の気密シールを形成し、したがって、内部キャビティ６７０の内部のコンポーネントが外部環境から保護されると共に患者の体が内部キャビティ６７０内のコンポーネントへの暴露から保護されるようになっている。符号６９０のところにおいて斑点が施されていない部分によって示されているように、他のインプラント部品又は体の生まれつき備わった要素との相互作用に起因して摩耗する傾向のある表面に、金属コンポーネントは存在していない。
【０１０２】
図７は、例えば図６に示したインプラントの一部分の内部を示す図である。図６に記載した股関節インプラントの３つの部分、即ち、本体６３０、中間絶縁体部分６４０及びキャップ６６０が、中間絶縁体部分６４０のねじ山付き部分と相互に噛み合い状態にある雄型コネクタ６８０と一緒に、断面で示されている。内部キャビティ６７０も又示されている。内部キャビティ６７０には、スイッチ６１２、抵抗器６１４及び電池６１８の形態の電源が、収納状態で示されている。図示の実施形態では、金属含有コーティングの形態をした金属コンポーネント６２０が、本体６３０の表面に存在し、金属含有コーティングの形態をした金属コンポーネント６２１が、キャップ６６０の表面に存在している。金属コンポーネント６２０は、電源端子６２３と電気的連絡状態にあり、金属コンポーネント６２１は、電源端子６２４と電気的連絡状態にある。中間絶縁部分６４０は、本体部分６３０をキャップ６６０から絶縁し、植え込み時、インプラントシステムの外面に隣接して位置する導電性体組織又は体液を含む回路を構成することなしに第１の端子から流れる電流が第２の端子に到達するのを阻止する。
【０１０３】
図８は、外部固定器具８００の形態をした本発明のインプラントシステムを示している。導管８４２により電源８１８の第１の端子に電気的に接続された固定ロッド８３０の形態をした第１の要素が図示されている。第２の要素８４０が、導管８４４により電源８１８の第２の端子に電気的に接続されている。固定ロッド８３０，８４０のための構造的支持体８５０が、図示されている。固定ロッド８３０，８４０は、互いに電気的に絶縁されている。具体的に言えば、支持体８５０は、電流が第１の固定ロッド８３０から支持体８５０を通って第２の固定ロッド８４０に流れることがないように非導電性材料から成る。
【０１０４】
図９は、人体と関連した本発明のシステム９００を示しており、このシステム９００は、外部電源９５０及びインプラント本体９１０に接触した導管９７０を有しており、このインプラント本体９１０は、その表面の一部分にコーティングされた金属コーティング（斑点で示されている）を有している。注目されるように、人工インプラントの関節摩擦面に存在するコーティングは無い。さらに、縞模様が施された股関節置換インプラントの「カップ」部分９８０が示されている。リード線９６０が、股関節インプラントのこれら２つの部分を互いに電気的に接続した状態で示している。変形例として、絶縁体を電流路中の別の場所、例えば図５に示すように例えばインプラント本体９１０の２つの部分の間に配置しても良い。別の変形実施形態では、電源９５０を植え込んでも良い。
【０１０５】
本発明の器具の別の実施形態が、図１０に示されており、図１０は、人体と関連した股関節置換人工器官１０１０を含む本発明のシステム１０００を示している。また、外部制御装置１０９０が示されており、この外部制御装置は、金属イオンの放出を調節して微生物を抑制するために、植え込み状態の人工器官中の電流の流れを内部回路１０８０に作用することによって調節するのに使用できる。かかるシステムの好ましい実施形態では、絶縁体は、インプラントの２つのコンポーネントの間で電流路中に位置決めされる。
【０１０６】
整形外科インプラントと関連した微生物感染を抑制する方法が、提供され、この方法は、本発明のシステムを用意するステップと、電流をインプラント本体の外面上の金属コンポーネントに送り出すステップとを有し、インプラント本体は、潜在的感染部位のところの人体内に配置される。
【０１０７】
一実施形態では、感染性有機体を抑制する本発明の方法は、電流を植え込み状態の人工関節の金属コンポーネントに導入して、金属イオンをこのコンポーネントから放出するステップを有する。金属イオンは、微生物に対して生物静力学的又は殺生物性効果をもたらし、その結果、インプラントへの及びインプラントの付近における微生物の成長及び／又は付着が阻止されるようになっている。本発明の方法は、好ましい一実施形態ではインプラントと関連した骨髄炎を治療する方法である。
【０１０８】
上述したように殺生物性又は殺菌性金属又はイオンとしては、遷移金属及びイオンが挙げられる。好ましい金属及びイオンとしては、銅、カドミウム及びこれらの組合せが挙げられる。さらに、例えばコバルト、ニッケル、白金、金、亜鉛、パラジウム、マンガン、クロム及び他の遷移金属及び／又は周期表の第１０族〜第１４族の金属等の金属及びイオンが挙げられる。
【０１０９】
一実施形態では、微生物感染を抑制する方法が提供され、この方法は、本発明のインプラントシステムを用意するステップと、電流をインプラント本体の外面上の銀含有金属コンポーネントに送り出すステップとを有し、インプラント本体は、潜在的感染部位のところの人体内に配置される。特に、かかる方法は、インプラントと関連したグラム陰性菌、グラム陽性菌及び真菌による感染を抑制するために利用できる。かかる微生物としては、例えば、細菌、例えば大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌、エンテロコッカス属又は糞便連鎖球菌、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）及びカンジダアルビカンスが挙げられる。
【０１１０】
別の実施形態では、微生物による感染を抑制する方法が提供され、この方法は、本発明のインプラントシステムを用意するステップと、電流をインプラント本体の外面上の銅含有金属コンポーネントに送り出すステップとを有し、インプラント本体は、潜在的感染部位のところで人体内に配置される。特に、かかる方法は、インプラントと関連したグラム陰性菌、グラム陽性菌及び真菌による感染を抑制するために利用できる。かかる微生物としては、例えば、細菌、例えば大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌、エンテロコッカス属又は糞便連鎖球菌、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）及びカンジダアルビカンスが挙げられる。
【０１１１】
別の実施形態では、微生物による感染を抑制する方法が提供され、この方法は、本発明のインプラントシステムを用意するステップと、電流をインプラント本体の外面上の銅及びカドミウム及び／又は銀及びカドミウム含有金属コンポーネントに送り出すステップとを有し、インプラント本体は、潜在的感染部位のところで人体内に配置される。
【０１１２】
かかる金属及び金属イオンにより抑制される感染性有機体としては、例えば、細菌、マイコバクテリア、ウイルス及び真菌が挙げられる。本発明の方法及び器具は、抗生物質耐性有機体を含む場合に特に有用である。
【０１１３】
一般に、かかる金属イオンは、１×１０-3Ｍ〜１×１０-7Ｍ（これらの数値を含む）の密度での感染を抑制し、好ましくは、この範囲内の密度を達成するのに十分な量送り出される。オプションとして、また好ましくは、金属イオンは、５×１０-5Ｍ〜０．２５×１０-6Ｍ（これらの数値を含む）の密度を達成するのに十分な量送り出される。特に、金属イオンが、５×１０-5Ｍ〜０．２５×１０-6Ｍ（これらの数値を含む）の範囲内の密度を達成するのに十分な量送り出される。
【０１１４】
金属イオンは、電流を金属コンポーネントに流すことにより金属コンポーネントから放出される。骨及び軟組織細胞は、電流の影響を受け、かくして、流される電流の量及び電流が流される時間の長さをかかる細胞へのインプラントの近接度との関連で考慮する必要がある。放出される金属イオンの量は、電気的刺激の強さ及び持続時間で決まり、したがって、かかる電気的刺激が調節される。
【０１１５】
一般に、０．１マイクロアンペア〜２００ミリアンペアの電流が、金属コンポーネントに流される。一般に、電流は、約１分間の送り出し時間から電源の寿命、即ち、数週間、数箇月又は数年にわたって連続して流れる時間の期間にわたり金属コンポーネントに流される。一般に、長期にわたる治療には微弱な電流が用いられる。銀表面層をイオン化するため、かくして、好ましい実施形態では、０．３〜１．５マイクロアンペアの電流が送り出される。また、０．８〜１．２マイクロアンペアの電流が銀コーティングに送られる実施形態が好ましい。
【０１１６】
上述した範囲の微弱な電流は、固体銀コーティングをイオン化し、銀イオンを消費させるのに十分である。理論的検討によって本発明の範囲を限定しようとするものではないが、ファラデーの法則によれば、理想条件下において、４マイクログラムの銀は、銀に流された電流１マイクロアンペア当たり毎時放出される。以下の式１は、このことを詳細に説明している。
【数１】
2009500084.tif 000003
電源が１マイクロアンペアの電流を生じさせることができ、電流が常時２０マイクロアンペアを超えないと仮定すると、２時間で１０マイクログラム／ミリリットルの密度の銀イオンが得られる。加うるに、銀イオンについて１０マイクログラム／ミリリットルの密度の維持が、極めて微弱な電流要件で可能である。
【０１１７】
別の理論的検討により示されることとして、銀イオンへの全寿命にわたる暴露は、有利には、体格が平均で体重が約７０キログラムであり、寿命が平均、約７０歳である人については８．９５グラムを超えない。この計算は、約０．３５ミリグラムの銀が毎日安全に消費できるという仮定に基づいている。これについては、１９９９年１月９日のジェー・アール・ニューマン（Newman, J.R.）著，「タック・シルバー・１００・セーフティー・レポート（Tuck Silver 100 Safety Report）」を参照されたい。かくして、永続的インプラントの場合、本発明のシステムは、ほぼこの量を超える銀を含まないことが望ましい。当業者により認識されるように、ほぼ同様な計算を他の金属イオンについて行うことができる。例えば、かかる計算の示すところによれば、加えられる電流の１マイクロアンペア当たり毎時銅が２．３７マイクログラムである。
【０１１８】
一実施形態では、インプラント関連した細菌による感染を抑制する方法は、全身性又は限局性抗生物質の投与と、本発明のインプラントを介する金属抗生物質とを有する。かかる治療の相乗効果が達成される理由は、治療効果を達成するのに必要な全身性又は限局性抗生物質と金属抗生物質の両方の投与量は少ないからである。
【０１１９】
本発明の方法、インプラント及びインプラントシステムをここでは人への使用と関連して全体的に説明したが、本発明の方法及び器具は、感染を抑制するために他の動物にも使用される。例えば、本発明の器具及び方法は、例えばネコ、イヌ、ウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ及びネコを含む動物に使用される。
【０１２０】
本明細書において説明した器具及び方法は、好ましい実施形態の例示であり、本発明の範囲に対する限定として意図されてはいない。当業者であれば、かかる実施形態の変更例及び他の用途を想到できよう。かかる変更及び他の用途は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神に含まれる。
【０１２１】
〔実施例１〕
長さ約１０ミリメートル、幅約５ミリメートルの内部キャビティ及び本明細書において説明したようにこの内部キャビティの開口部を閉鎖するキャップを有するよう設計されたデピュイ・エーエムエル・ヒップ・システム（DePuy AML Hip System）に類似した股関節置換人工器官を得ることによりインプラント本体の一実施形態を製造する。インプラント本体の関節面をマスクで覆い、残りの外面を厚さ約１ミクロンの銀金属でコーティングする。電池、抵抗器及びスイッチを内部キャビティ内に嵌まるよう選択する。インプラント本体の外面に隣接した内部キャビティ壁の一部分も又、電池の＋端子に隣接した深さまで銀金属でコーティングする。絶縁体を、短絡が回避されるように位置決めする。
【０１２２】
所望のプロフィールを備えた電池は、多くの電池製造業者により現在生産されている。エナジャイザ（Energizer）社の電池番号３３７は、殺菌性股関節インプラント内に植え込むのに必要な所望の寸法特性の全てを満足する。エナジャイザ３３７電池を吟味すると、高さ１．６ｍｍ×直径４．８ｍｍの小さなサイズなので、電池は、５ｍｍコンパートメント内に容易に嵌まりことができるということが理解できる。
【０１２３】
３３７サイズの電池は、１．５５ボルトの電圧をもたらし、この電圧は、固体銀コーティングをイオン化する用途に必要な電圧よりも遙かに高い。かくして、電池と直列に配置する抵抗器を選択した。１．５５ボルト及び１マイクロアンペアの所要の電流を用いると、以下の式２．１及び式２．２に示すように所要の抵抗を計算することができる。
【数２】
2009500084.tif 000004
所要の抵抗器は、約１５．５メガオームの抵抗を有することが必要である。加うるに、抵抗器は、インプラントのシャフト内のポケットの直径により設定された寸法上の要件、即ち５ミリメートルに適合しなければならない。
【０１２４】
３３７電池の直列の所要の１５．５メガオーム定格を備えた抵抗器を利用することにより、約７５５７３時間の動作時間が得られる。この抵抗を受ける電池に関する動作時間の計算は、以下の式３．０〜３．２に示されている。この動作時間中、電池は、固体銀コーティングをイオン化するのに必要な所要の１マイクロアンペアの電流を生じさせることになろう。
【数３】
2009500084.tif 000005
【０１２５】
他の全てのコンポーネントと同様、組み込み状態のスイッチは、５ミリメートル直径のキャビティ内に嵌まり込んでおり、このキャビティは、元々の股関節インプラントのシャフト内に機械加工により設けられたものである。加うるに、スイッチは、人体内にいったん植え込まれると、オンオフに切り換え可能な機能を備えている。この例では、磁石を利用したスイッチを選択する。コートー・テクノロジー（Coto Technology）社は、特に医療用途向けに設計されていて、設計上の寸法に関する制約に適合したスイッチ、RI-80 Series Dry Reed Switchを製造している。このスイッチは、長さが５ミリメートル、直径が１．８ミリメートルの中央管の最大寸法を有する。このスイッチは、０．５アンペアの最大電流を流し、２００ボルトの最大動作電圧を有し、かかる電流と電圧の両方は、本発明の殺菌性股関節インプラントに必要な満足の行く動作特性である。
【０１２６】
〔実施例２〕
抗菌性金属組成を突き止める手順は、ありふれたグラム陽性菌、グラム陰性菌、真菌種又は他の微生物のパネルを用いて各金属の潜在的抗菌性の試験、即ち、カーバイ・バウアー（Kirby Bauer）寒天ゲル拡散法を基にして改造した方法を含み、８種類の金属、即ち、銀、銅、チタン、金、カドミウム、ニッケル、亜鉛及びステンレス鋼ＡＩＳＩ３１６Ｌ及びこれらの電気的に生じたイオン形態を、一般に骨髄炎と関連した５種類の細菌種及び１種類の真菌について試験する。
【０１２７】
ペンシルベニア州ハンチントン所在のペンシルベニア州立大学動物診断実験室（Pennsylvania State University Animal Diagnostic Laboratory）（大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌及びエンテロコッカス属連鎖球菌）又はジェー・シー・ブレア・ホスピタル（J. C. Blair Hospital）に送られたサンプルから隔離した大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌、エンテロコッカス属連鎖球菌、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）及びカンジダアルビカンスの菌株を０．５マックファーランド（MacFarland）規格に合わせて希釈し、ミューラー・ヒントン（Muller-Hinton）寒天ゲル（カンサス州レネクサ所在のレメル（Remel）社）上に接種する。
【０１２８】
イオン源として種々の金属製ワイヤ、具体的には、銀（純度９９．９７％）、銅（純度９９．９５＋％）、チタン（純度９９．８％）、金（純度９９．９９％）、カドミウム（純度９９．９９％）、ニッケル（純度９９．９８％）、亜鉛（純度９９．９９９％）及びステンレス鋼ＡＩＳＩ３１６Ｌを用いる。全てのワイヤは、一様に等しい直径（１．０ｍｍ）のものである。
【０１２９】
小さな穴をペトリ皿の互いに反対側の側部に設け、かかる小さな穴により、寒天中への長さ３２ｍｍの試験ワイヤを無菌状態で通した。いったん埋め込むと、１ｃｍ2のワイヤ表面積を成長中の微生物にさらす。
【０１３０】
標準の１．５５ボルトＡＡ電池を次の抵抗、即ち、３．０１ＭΩ、１．５ＭΩ、１５０ｋΩ及び７５ｋΩのうちの１つに直列に配置することに電流を発生させる。試験金属の各々の７０ｍｍ長さ分を所与の抵抗と直列に接続する。４つの互いに異なる抵抗（３．０１ＭΩ、１．５ＭΩ、１５０ｋΩ及び７５ｋΩ）の各々によって生じる電流は、それぞれ、０．５μＡ、１．０μＡ、１０μＡ及び２０μＡである。表面積１ｃｍ2当たり２０μＡの荷電は、電池に関する安全電気暴露値であることが１９７４年代に証明されている（バルンコ（Barrrnco  １９７４）。ファラディーの方程式で計算すると、表面積１ｃｍ2当たり２０μＡの荷電密度は、毎時８０μｇ以上の銀イオンを発生させる。
【０１３１】
アノードを反対側の穴に無菌的に通し、これを寒天の中に埋め込むことにより回路を構成する。各微生物種に関する１枚のコントロールプレートにワイヤを無菌的に通すが、このコントロールプレートには電流を流さない。これらプレートを周囲空気内で２４時間かけて３７℃で培養し、その後、細菌の成長があるかどうか及び／又は抑制のゾーンがあるかどうかについて吟味する。
【０１３２】
試験した８種類の金属及び金属イオンのうち、銀イオン及びカドミウムは、試験した全ての細菌種に対して抗菌効果を示し、銅イオンは、グラム陰性菌に対して無菌効果を示した。チタン、金、ニッケル、亜鉛及びステンレス鋼ＡＩＳＩは、この実施例ではそれほど効果を示さなかった。
【０１３３】
例示の結果が、表１に記載されており、この表１では、番号は、抑止ゾーンの直径の測定値を中央コアの周りにミリメートル単位で表している。この表は、銀は、電気的にイオン化されない場合であっても或る程度の抗菌特性を有することを示している。というのは、大腸菌は、荷電されなかった銀により抑制されるからである。これよりも低い電流は、大きな電流とほぼ同じ結果をもたらし、全ての場合において、電流の追加により、抑制ゾーンのサイズが増大した。
【０１３４】
銅も又、表１にまとめられているように、イオン形態と非荷電金属形態の両方において抗菌特性を示した。銅は、非荷電形態では、エンテロコッカス属連鎖球菌に対して無菌特性を示した。最小限の電流により、グラム陽性菌種の全てについて無菌性結果をもたらし、高い電流は、広いゾーンを生じさせた。銅は、用いた電流ではグラム陰性菌種に対する効果をもたらさなかった。
【０１３５】
驚くべきことに、カドミウムの結果は、試験した全ての有機体に対して抗菌性効果をもたらす際に特徴的であり、効率のパターンは、電気的刺激の存否にかかわらず当てはまるものであった。電流を増大させると、その結果として、微生物の反応の変化が最小に抑えられた。カドミウムは、抑制の２重ゾーン、即ち、ワイヤの近くでの完全に一掃した内側ゾーンと、細菌の成長が減少した外側ゾーン（不完全な一掃）とを生じさせた。説明の目的上、内側ゾーンは、「殺菌性」であると考えられ、外側ゾーンは、「微生物又は細菌活動停止性（microbistatic ）」又は抑制的であると考えられる。表１〜表８に記載された数は、この抑制の２重ゾーンを反映していて、「内側ゾーン」のサイズは、最初に記載され、「外側ゾーン」のサイズは、括弧に入れて記載されている。加うるに、カドミウムは、首尾一貫して、電荷が存在していない場合に或る程度の抑制効果を示し、電流を減少させると、追加の効果を殆ど生じなかった。
【０１３６】
【表１】
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【０１３７】
【表２】
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【０１３８】
【表３】
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【０１３９】
【表４】
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【０１４０】
【表５】
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【０１４１】
【表６】
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【０１４２】
【表７】
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【０１４３】
【表８】
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【０１４４】
〔実施例３〕
〔有効抗菌性金属の特性決定〕
抗菌性効果を達成するパラメータの特性を把握するために「殺菌曲線分析」を実施するのが良い。発育（増殖）培地で確立された所定数のコロニー形成ユニット／ｍｌ（ＣＦＵ／ｍｌ）を生理食塩水に移送し、次に抗菌性金属又は金属形態に暴露させる。所定の時間間隔を置いて、アリコートを取り出し、希釈し（必要ならば）、血液寒天平板上に接種し、３７℃で一晩かけて培養する。その結果得られた成長をＣＦＵ／ｍｌとして定量化した。Ｘ軸に時間、Ｙ軸にＣＦＵ／ｍｌを取ったグラフ図は、抗菌性効果と微生物の個体数増加が交差する点を示している。抗菌性効果に必要な金属の密度は、微生物の個体数が減少し始める時点を吟味することによって決定できる。
【０１４５】
金属源からのイオンの拡散速度、即ち、微生物の成長が抑制される（殺菌される）速度を調べるために高性能顕微鏡を用いるのが良い。シトヴィヴァ（Cytoviva）により開発された高性能顕微鏡システムは、染色剤を用いないで生きている細胞及び細胞成分のリアルタイム観察を可能にする。所与の金属に対する微生物の応答を観察することにより、微生物破壊の「速度」を直接観察することができる。寒天中を通るイオンの拡散速度は、殺菌速度から推定できる。
【０１４６】
この例では、銀を２種類の互いに異なる細菌種、即ち、大腸菌と黄色ブドウ球菌に関して試験する。この例では、０．５μＡの電流を用いる。
【０１４７】
ペンシルベニア州立大学動物診断実験室に送られたサンプルから隔離した大腸菌及び黄色ブドウ球菌の菌株を０．５マックファーランド（MacFarland）規格に合わせて希釈し、これを１０ｍｌの滅菌トリプシン消化性ソイブロス（Tryptic Soy Broth:ＴＳＢ）の入っている個々の試験管内に添加する。１．０ｍｍという一様な直径の銀ワイヤ（純度９９．９７％）をイオン源として用いる。
【０１４８】
２つの小さな穴を各試験管のねじキャップに開ける。１．０ｍｍという一様な直径の銀ワイヤ（純度９９．９７％）をイオン源として用いる。ワイヤをねじキャップ穴に無菌的に通し、３２ｍｍの全長を先に培養したＴＳＢに露出させるよう位置決めする。この結果、１ｃｍ2の銀ワイヤが成長中の細菌細胞に暴露される。標準の１．５５ボルトＡＡ電池を３．０１ＭΩ抵抗と直列に配置することにより電流を発生させる。３．０１ＭΩにより生じた電流は、回路中に流されたとき、０．５μＡであった。加うるに、抵抗が設けられていない状態で形成された回路を用いて同一のやり方で管内に挿入する。アノードを試験管ねじキャップの別の穴に通してＴＳＢ内に無菌的に通すことにより回路を構成した。各細菌種の一方の管をコントロール（対照）として用いる。この管は、銀ワイヤを収納しているが、外部回路をこれに接続しない。銀ワイヤ及びアノードワイヤを、試験管内で続いている細菌含有液体培地に接触させる。この構成を用いて「殺菌曲線」を生じさせる。
【０１４９】
管を全部で８時間かけて室温で空気中で培養する。毎時間、試験管を約１０秒間渦状に攪拌する。次に、試験管キャップを開き、液体培地の１０μｌサンプルを試験管から無菌的に抜き取る。試験管を再び閉じて渦状に攪拌する。らせん板技術を用いてサンプルを血液寒天平板上に塗る。血液寒天平板を室温で２４時間培養する。２４時間目に血液寒天平板上に存在しているコロニーの数を数えて記録する。
【０１５０】
結果の明らかに示すこととして、銀金属の荷電形態は、非荷電材料と比較した場合非常に高い殺菌速度を有していた。図１１に示す「殺菌曲線」は、黄色ブドウ球菌と関連した殺菌速度を示している。結果は、１時間当たり約５．６９８・１０Ｅ１２細菌の細菌減少速度を明らかに示している。この時間フレーム内で、コントロールと抵抗が設けられていない銀の両方は、細菌の成長を可能にした。
【０１５１】
図１２の大腸菌に関する「殺菌曲線」は、大腸菌と関連した殺菌速度を示している。この回路に利用された３ＭΩ抵抗は、最も小さな電流０．５μＡに相当している。曲線は、５時間以内に３２０／１０Ｅ６からゼロの細菌の減少、即ち、毎時約７２／１０Ｅ６の減少速度を示している。この期間内に、コントロールと抵抗の設けられていない銀の両方の試験では、細菌の成長を支援し続けた。
【０１５２】
〔実施例４〕
〔抗菌性金属の重要な動作パラメータの最適化〕
特定の金属又は金属形態の抗菌性は、実験パラメータに改変が行われると、互いに異なる。「殺菌曲線分析」からのデータを用いると、重要なパラメータは、最適な抗菌性効果を生じさせるよう定められ、次に、金属が組み込まれる用途の特性に対してバランスさせるのが良い。
【０１５３】
哺乳動物の細胞に対する抗菌性金属組成の考えられる毒性を評価するため、生体外細胞培養システムを利用するのが良い。具体的に言えば、所定の抗菌性金属組成物と直列に接続された電池及び抵抗を哺乳動物の細胞培養フラスコ中に無菌的に通して動作させるようにし、培養物中に金属イオンを発生させた。細胞を形態学的変化及び死んだ細胞に対する生きている細胞の割合について試験中モニタした。加うるに、処理した細胞とコントロール細胞を代謝機能検定、例えば肝細胞中のアルブミン及び尿素レベル、造骨細胞中の骨アルカリ性ホスファターゼレベル、及び軟骨細胞中の基質タンパク質レベルにより評価することができる。
【０１５４】
加うるに、細胞に対する回路極性、動作時間及びデューティサイクルの効果を装置パラメータを用いて生体外で評価し、最大の抗菌性効果及び低い毒性が得られるよう最適化した。動作時間サイクルを変えると共に回路の極性を交番させることができる外部回路を構成した。電池、抵抗器、極性を反転させるためのインバータ及びタイマーを備えた外部回路を試験抗菌性金属と直列に接続する。回路を細胞培養フラスコ中に無菌的に通して動作させ、抗菌性イオンを培養物中に生じさせた。回路の連続動作時間及び回路の極性は、回路タイマーを変化させると共にスイッチを介して回路の極性を変更することにより操作される。
【０１５５】
〔実施例５〕
〔生体内評価〕
本発明の器具インプラントと関連した骨髄炎の効果の評価についてラットモデルをこの実施例で説明する。このモデルは、ルッケ等（Lucke et al.）２００３（この文献を参照されたい）に記載されているように感染を促進するよう細菌接種物を用いている。慢性骨髄炎の患者から単離され、ラットに骨感染を引き起こすことが示された（ソルバーグ（Solberg）１９９９）黄色ブドウ球菌の亜種であるブドウ球菌ローゼンバッハ（Rosenbach）（ATCC#49230）をこの操作でモデルグラム陽性有機体として利用した。先に試験した臨床的大腸菌単離物は、モデルグラム陰性有機体として役立つ。
【０１５６】
トリプシン消化性大豆液体倍地（ＴＳＢ）内で一晩中成長させた黄色ブドウ球菌又は大腸菌のアリコート（１００マイクロリットル）を３ｍｌの滅菌ＴＳＢの入った管に移送する。らせん板技術を用いてこれら培養物は、対数期成長に合わせて成長する。１ｍｌ当たりのコロニー形成ユニット（ＣＦＵ）を幾つかのプレート計数によって確認する。滅菌リン酸緩衝生理的食塩水（ＰＢＳ）中の懸濁物を手術当日まで−８０℃に保持する。凍結解凍サイクル後の生育可能な細菌の可能性のある損失分を定量化するため、各霜取りサイクル後にＣＦＵ／ｍｌを確認する。
【０１５７】
キシラジン２％（Medistar（登録商標）、１２ｍｇ／ｋｇの体重）及び塩酸ケタミン（Ketavet、１００ｍｇ／ｍｌ、８０ｍｇ／ｋｇの体重）の腹腔内注射により手術を全身麻酔下で行う。バットをイソフルラン吸入状態に保つ。
【０１５８】
動物を以下のように手術のための前処理をする。すなわち、一方の下肢を剃毛し、ブタジンアルコールプレプで清拭する。手術中における偶発的な細菌汚染を阻止するため、動物を滅菌ドレープ上に置く。体を滅菌シーツで覆い、清拭した下肢を滅菌的に別個にドレープで覆う。皮膚の小さな切開部（５ｍｍ）及び近位脛骨の骨幹端のところの筋膜は、脛骨骨膜への接近を可能にする。近位骨幹端の髄腔に直径１ｍｍのチタンバーにより皮質及び海綿骨を通って接近し、後に周りの骨膜を無傷状態に残す。直径１．０ｍｍの鋼製キルシュナーワイヤを髄腔内に挿入し、これを前方遠位側に押して遠位側に約３２ｍｍの長さにわたり髄腔の円滑な拡張を行い、そしてこのワイヤを抜去する。５０マイクロリットルの微量注射器を髄腔内に挿入し、これを用いて１０マイクロリットルの滅菌ＰＢＳか１０3ＣＦＵ／１０マイクロリットルの密度の黄色ブドウ球菌又は大腸菌を含むＰＢＳかのいずれかを注射する。接種後、工学的インプラント（純度９９．７％）を表わす長さ３２ｍｍの抗菌試験ワイヤ又は現行のインプラント材料を表わす長さ３２ｍｍのチタンワイヤ（純度９９．８％）を髄腔内に挿入する。試験ワイヤの突出部分を外部ワイヤに取り付け、電池の接続を完全にする。バッテリパック内の電池をラットに装着されたげっ歯類用ジャケット内に配置する。試験グループ中のＡｇワイヤ及び電気と表示された２つのグループは、インプラントを通って流れる電流を除き、同一である。Ａｇワイヤ群及び電気群に対する遅延ターンオンにより、ワイヤを植え込ませ、次に３日間待機し、その後電池を回路中に挿入する。この遅延により、ラットの体内における細菌接種物の完全な成長が可能になる。
【０１５９】
全てのインプラントを植え込み、軟組織をベタジン（betadine）溶液で灌注する。皮膚及び筋膜を１つの結びで縫合する。電流を有するものとして表示された全てのグループは、回路中に挿入された電池を有し、回路中を通る電流をターンオンする。
【０１６０】
動物を１週間、２週間及び４週間で犠牲にする。犠牲後、インプラントを取り出し、インプラントが配置されていた脛骨を肉眼的感染があるかどうかについて検査する。サンプルを髄腔から採取して培養すると共に組織学的検査を行う。
【０１６１】
骨感染の発生及び発達を評価するため、日数０（ＯＰ）、日数７、日数１４、日数２１及び日数２８で前後及び側方図のＸ線像を撮る。近位骨端／骨幹端、骨幹及び遠位骨端／骨幹端を検査して感染の程度及びインプラントの作用効果の評価を行う。
【０１６２】
〔実施例６〕
本発明に従って外面に銀が施された股関節インプラントを導通状態にして銀イオンを発生させる。導通状態のインプラントをグラム陰性菌、大腸菌を培養した寒天中に植え込む。この標本を３７℃に置き、接種後、種々の時点で観察する。インプラント周りの「殺菌ゾーン」を観察する。グラム陽性菌及び真菌に関する同様な実験を行い、その結果についても、殺菌ゾーンを観察する。
【０１６３】
〔実施例７〕
本発明に従って外面に銅が施された股関節インプラントを導通状態にして銅イオンを発生させる。導通状態のインプラントをグラム陽性菌、ＭＲＳＡを培養した寒天中に植え込む。この標本を３７℃に置き、接種後種々の時点で観察する。インプラントの周りの「殺菌ゾーン」を観察する。
【０１６４】
〔実施例８〕
本発明に従って外面に銅及び銀が施された股関節インプラントを導通状態にして銅イオン及び銀イオンを発生させる。導通状態のインプラントをグラム陰性菌、グラム陽性菌、大腸菌及びＭＲＳＡを培養した寒天中に植え込む。この標本を３７℃に置き、接種後種々の時点で観察する。インプラントの周りのグラム陰性菌とグラム陽性菌の両方に関する「殺菌ゾーン」を観察する。同様な実験において、真菌、カンジダアルビカンを用いて媒質を接種し、これ又、導通状態のインプラントにより抑制する。
【０１６５】
〔実施例９〕
本発明に従って外面にカドミウム、銅及び銀が施された股関節インプラントを導通状態にして銅イオン及び銀イオンを発生させる。導通状態のインプラントをグラム陰性菌、グラム陽性菌、大腸菌及びＭＲＳＡ並びにカンジダアルビカンを含む多種類の微生物有機体を培養した寒天中に植え込む。この標本を３７℃に置き、接種後種々の時点で観察する。インプラントの周りの全ての微生物有機体に関する「殺菌ゾーン」を観察する。
【０１６６】
本明細書において言及した特許文献又は刊行物（非特許文献）を参照により引用し、個々の文献が各々具体的に且つ個別的にあたかも本明細書において記載されているのと同一程度までその記載内容を本明細書の一部とする。
【０１６７】
本明細書において言及した特許、特許出願又は刊行物（非特許文献）を参照により引用し、個々の文献が各々具体的に且つ個別的にあたかも本明細書において記載されているのと同一程度までその記載内容を本明細書の一部とする。特に、２００５年６月３０日に出願された米国特許出願第１１／１７２，１３８号及び２００５年８月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／７０８，３２０号を参照により引用し、これらの各々の記載内容全体を本明細書の一部とする。
【０１６８】
本明細書において説明した配合物、方法及び器具は、好ましい実施形態の現時点における例示であり、本発明の範囲に対する限定ではない。当業者であれば、かかる実施形態の変更及び他の用途を想到できよう。かかる変更及び他の用途は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく実施できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】股関節インプラントの形態をした本発明の実施形態としての器具の略図であり、インプラントの外部の一部分及び切除部分を示す図である。
【図１Ａ】股関節インプラントの形態をした本発明の実施形態としての器具の略図であり、インプラントの外観を示す図である。
【図２】本発明の骨ねじインプラントシステムの略図である。
【図３】本発明のインプラントシステムの好ましい形態の概略回路図である。
【図４】絶縁体を含む本発明の骨ねじインプラントシステムの略図である。
【図４Ａ】絶縁体の略図である。
【図５】絶縁体を含む本発明の股関節インプラントシステムの略図である。
【図５Ａ】絶縁体の略図である。
【図６】股関節インプラントの形態をした本発明の実施形態としての器具の略図であり、インプラントの外観を示す図である。
【図７】股関節インプラントの形態をした本発明の実施形態としての器具の略図であり、インプラントの内側を示す図である。
【図８】現場に位置した状態で示された外部固定器具の略図である。
【図９】患者の体の外部に設けられた電源を有する股関節インプラントの形態をした本発明の実施形態としての器具の略図である。
【図１０】本発明の実施形態としての股関節インプラント器具の略図であり、現場における器具への信号の送信方法を示す図である。
【図１１】黄色ブドウ球菌の「殺菌曲線」を示すグラフである。
【図１２】大腸菌の「殺菌曲線」を示すグラフである。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2009500084.tif 000030
2009500084.tif 000031