(57)【要約】  退化した椎間板および／または外傷を負った椎間板を治療する装置および該装置を製造する方法が、開示されている。人工椎間板および該椎間板の構成部品は、人工核および／または人工輪を備えることが可能であり、所望の機械的および物理的な特性を達成するように合成された形状記憶材料から構成することが可能である。本発明による人工核および／または人工椎間板は、第１貯蔵部および第２貯蔵部と、１つまたは複数の流体とを備えていてもよく、負荷が人工核および／または人工椎間板に加えられると、該１つまたは複数の流体が、第１貯蔵部から第２貯蔵部内に侵入するように構成されている。
2008513115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に不浸透性の薄膜と、第１貯蔵部と、前記第１貯蔵部内の第２貯蔵部と、を備える人工核において、前記第２貯蔵部は、選択的に浸透性である薄膜によって実質的に閉鎖され、前記第１貯蔵部は、１つまたは複数の流体を含み、負荷が前記人工核に加えられると、前記１つまたは複数の流体の一部または全てが、前記第２貯蔵部に侵入するようになっていることを特徴とする、人工核。
【請求項２】
前記負荷が取除かれると、前記１つまたは複数の流体は、前記第１貯蔵部に戻るようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の人工核。
【請求項３】
前記第２貯蔵部は、複数の実質的に閉鎖構造体を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の人工核。
【請求項４】
前記第２貯蔵部は、複数の微細球を含んでいることを特徴とする、請求項３に記載の人工核。
【請求項５】
前記第１貯蔵部は、ヒドロゲルを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の人工核。
【請求項６】
前記核は、弾性薄膜から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の人工核。
【請求項７】
実質的に不浸透性の薄膜と、第１貯蔵部と、前記第１貯蔵部内の第２貯蔵部と、を備える人工椎間板において、前記第２貯蔵部は、選択的に浸透性である薄膜によって実質的に閉鎖され、前記第１貯蔵部は、１つまたは複数の流体を含み、負荷が前記人工椎間板に加えられると、前記１つまたは複数の流体の一部または全てが、前記第２貯蔵部に侵入するようになっていることを特徴とする、人工椎間板。
【請求項８】
前記負荷が取除かれると、前記１つまたは複数の流体は、前記第１貯蔵部に戻るようになっていることを特徴とする、請求項７に記載の人工椎間板。
【請求項９】
前記第２貯蔵部は、複数の実質的に閉鎖構造体を含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の人工椎間板。
【請求項１０】
前記第２貯蔵部は、複数の微細球を含んでいることを特徴とする、請求項９に記載の人工椎間板。
【請求項１１】
前記第１貯蔵部は、ヒドロゲルを含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の人工椎間板。
【請求項１２】
前記椎間板は、弾性薄膜から構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の人工椎間板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、スミス（Smith）らによって「閉鎖系人工椎間板」の表題で２００５年８月３０日に出願された米国特許出願番号Ｎｏ．１１／２１６，５８１、およびスミス（Smith）らによって「閉鎖系人工椎間板」の表題で２００４年９月１７日に出願された米国特許出願番号Ｎｏ．６０／６１１，１６１に関連し、これらの優先権日の利得を主張するものであり、その全体が、あたかも完全に記載されるかのように、本明細書に含まれるものとする。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、一般的に、医学装置および治療の方法に関し、さらに詳細には、退化した椎間板または外傷を負った椎間板の治療に用いられる装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
椎間板の退化は、成人期のある時期に実質的に過半数のヒトに起こる疼痛および身体障害の主な原因である。大部分が髄核と周囲の線維輪からなる椎間板は、機能的脊柱単位の不可欠な要素を構成している。椎間板は、隣接する椎体間の空間を維持し、椎体間の衝撃を吸収し、それらの椎体を緩衝するものである。椎間板は、椎体間の運動、すなわち、（例えば、息の吸込みと吐出しに伴う）微妙な運動と、（全ての面における回転と曲げを含む）過激な運動とを滑らかにすることが可能となっている。疾患および／または老化に起因して、椎間板の生物学的および機械的な完全性が退化すると、脊椎の機能が阻害され、その結果、直接的または間接的に、運動が制限され、また疼痛が生じることがある。米国において、椎間板の退化を治療する医療費は、年間、６００億ドルを超えると、見込まれている。
【０００４】
老化に関連する椎間板の変質は、進行し、この進行が著しくなると、関連する脊椎の疾患の危険性が増大する。この退化の進行によって、椎間板内の圧力が変化し、椎体の終板と椎間関節の周辺領域に作用している軸方向負荷が、相対的にずらされることになる。このようなずれが、隣接する椎間板および椎体への異常な負荷を促進し、脊椎のバランスを失わせ、椎体の回転軸をずらし、これらの脊椎単位が損傷する危険性を増大させている。さらに、この生体力学的な負荷の移動は、他の疾患、例えば、椎間関節および靭帯の肥大、骨棘形成、リンパ症、脊椎すべり症、神経損傷、および疼痛の進展と関連しているように思われる。
【０００５】
老化に関連する変質に加えて、多くのヒトは、椎間板を含む脊椎の外傷による損傷に見舞われる。外傷による損傷として、破断、裂傷、脱出、ヘルニア、および疼痛を生じると共に、強度および機能を低下させる他の損傷が、挙げられる。
【０００６】
頸痛および背痛を患うヒトに対する手術をしない治療の選択枝として、安静、鎮痛治療、物理的療法、熱治療、および触診が挙げられる。これらの治療は、大多数の患者にとって、役に立たない。脊椎疾患に対する最新の外科手術の選択枝として、椎間板切除、融合と組み合わされる椎間板切除、および単独の融合が挙げられる。米国において、多くの椎間板切除が、毎年、行なわれている。この手術は、著しい神経根痛を緊急に和らげるのに有効であるが、一般的に、苦痛のぶり返しが、外科手術後の時間の経過に比例して、大きくなる。実際、患者の大半が、腰椎の切除の後、１０年を経過すると、著しい背痛を経験している。
【０００７】
椎間板切除および融合の不具合の有力な理由のいくつかを克服する試みとして、安定性を損なった、または退化した脊椎分節を横断する運動を防ぐことによって、正常な椎間板のすき間の高さを維持し、脊椎分節の不安定さを排除し、疼痛をなくすことが考えられる。
【０００８】
しかし、いくつかの前向きの成果を得ることも可能ではあるが、脊椎の融合は、有害な結果を伴うことがある。融合では、隣接する椎体の部分が、互いに接合されている。運動は、この治療された垂直方向の位置では、排除されるので、隣接する垂直方向の位置における生体力学が崩壊することになる。その結果、脊椎の狭窄のような病的過程、椎間板の退化、骨棘の形成、などが、融合部に隣接する垂直方向の位置に生じ、多くの患者に疼痛を引き起こすことがある。加えて、用いられる１つまたは複数の装置および技術にもよるが、外科手術が侵襲的に行なわれ、長い回復期間を必要とすることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
結果的に、従来技術の欠点を排除しながら、退行性の椎間板疾患および／または外傷を負った椎間板を治療することが、当技術分野において、必要とされている。機能しない椎間板を有利に取除き、その椎間板の全てまたは一部を、運動を維持しながら疼痛をなくす健常な椎間板として機能する装置と取換えることが、当技術分野において、必要とされている。適切な椎間板のすき間を維持し、運動を可能とし、軸方向負荷を適切に分布させ、安定性をもたらす人工椎間板または他の装置が、必要とされている。加えて、人工椎間板は、骨への長期にわたる固定を保証する必要がある。
【００１０】
さらに、正常な椎間板の機能を回復させるために、線維輪内に移植され得る人工核が必要とされている。このような核は、線維輪よりも低いデュロメータ硬度の特性を備えねばならず、負荷の増減時に健常な生体核の挙動を再現しなければならず、線維輪は、核と比べて、不可欠な堅さを備えていなければならない。さらに、典型的な周期的応力に耐えることができ、患者の寿命の全体にわたって機能することができる人工椎間板が必要とされている。最小侵襲技術を用いて移植することができる人工椎間板も必要とされている。最後に、最新の画像診断法、例えば、磁気共鳴影像法（MRI）と適合する装置も必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実質的に不浸透性の薄膜と、第１貯蔵部と、前記第１貯蔵部内の第２貯蔵部と、を備える人工核および／または人工椎間板が開示されている。前記第２貯蔵部は、選択的に浸透性である薄膜によって実質的に閉鎖され、前記第１貯蔵部は、１つまたは複数の流体を含み、負荷が前記人工核に加えられると、前記１つまたは複数の流体の一部または全てが、前記第２貯蔵部に侵入するようになっている。前記負荷が取除かれると、前記１つまたは複数の流体は、前記第１貯蔵部に戻るようにされてもよい。人工核の前記第２貯蔵部は、複数の微細球であってもよい複数の実質的に閉鎖構造体を含んでいてもよい。
【００１２】
人工核の第１貯蔵部は、ヒドロゲルを含んでいてもよい。人工核は、弾性薄膜を含んでいてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
人工椎間板および／または人工椎間板核として知られる内部人工器官は、退化した椎間板と取り替えられるように、設計されている。このような人工椎間板または人工椎間板核は、拡張可能であるとよく、および／または自己拡張性を有しているとよい。
【００１４】
「拡張可能な」内部人工器官は、縮小した輪郭形態と、拡張した輪郭形態とを備えている。本発明による拡張可能な内部人工器官は、適切な手段によって、縮小した輪郭形態から拡張した輪郭形態への移行をなすか、または自己拡張することが可能である。本発明によるいくつかの実施形態は、後で例を挙げる適切な媒体で充填され得る実質的に中空の内部を備えることが可能である。従って、このような実施形態は、萎縮した形態で体内に導入され、導入の後、媒体で充填され、展開形態を形成することが可能となる。その結果、本発明による実施形態は、経皮的または外科的に移植することが可能となる。外科的に移植される場合、本発明による実施形態は、生体椎間板の一部または全てを、生体核の周囲を除いて除去した後、前方アプローチまたは後方アプローチのいずれかによって、移植することが可能である。
【００１５】
「脊椎融合」は、不安定な脊椎分節または退化した脊椎分節を横断する運動を排除するために、１つまたは複数の隣接椎体を互いに接合するプロセスである。
【００１６】
「易動性の保存」は、分離している脊椎分節間の正常な運動を望ましく持続することを指している。
【００１７】
「脊椎ユニット」は、椎体、終板、椎間関節、および椎間板を含む脊椎の不可欠な機能部分の組を指している。
【００１８】
「索」という用語は、ポリマー、金属、または金属合金のいずれであってもよく、天然または合成のいずれであってもよい任意の適切な材料から作製される任意の略細長の部材を指している。
【００１９】
「繊維」という用語は、ポリマー、金属、または金属合金のいずれであってもよく、天然または合成のいずれであってもよい任意の適切な材料から作製される任意の略細長の部材を指している。
【００２０】
ここで用いられる「編組」という用語は、望まれる全体的な幾何学的形状および寸法に依存して、任意の方法によって、０〜１８０°、通常、４５〜１０５°で巻かれるか、織られるか、編組みされるか、編まれるか、螺旋状に巻かれるか、または絡み合わされる１本から数百本の間の縦方向および／または横方向に細長く延びた要素から作製される任意の編組、メッシュ、または同様に巻かれるかまたは織られた構造体を指している。
【００２１】
特に規定されない限り、適切な取付け手段として、熱溶融、化学的接合、接着、焼結、溶接、または当技術分野において知られる任意の手段が、挙げられる。
【００２２】
ここで用いられる装置は、もし体内に配置する手順が終わった後、任意の期間の間、体内に留置される場合、「移植された」ということになる。
【００２３】
「拡散係数」という用語は、ある物質が、別の物質から消極的または積極的に溶出または放出される比率を指している。
【００２４】
特に規定されない限り、適切な取付け手段として、熱溶融、化学的接合、接着、焼結、溶接、または当技術分野において知られる任意の手段が、挙げられる。
【００２５】
「形状記憶」は、ある材料が特定の物理的および／または化学的な条件下で第１の形態を確定するように構造的な相変換をなし、それらの条件が変化したときに、代替的な形態に復元する材料の能力を指している。形状記憶材料は、金属合金、例えば、制限はされないが、ニッケルチタンであってもよく、またはポリマーであってもよい。ポリマーは、そのポリマーの成形された元の形状が（ソフトセグメントの遷移温度として定義される）形状回復温度よりも低い温度で機械的に崩壊しても、そのポリマーの元の形状が、ポリマーを形状回復温度を超える温度に加熱することによって、回復される場合、または記憶された形状が、他の刺激を加えることによって、回復可能である場合、形状記憶ポリマーである。このような他の刺激として、制限はされないが、ｐＨ、塩分、水和、放射線、例えば、制限はされないが、紫外線の範囲内にある放射線、などが挙げられる。本発明によるいくつかの実施形態は、第１形態と第２形態とを備える構造体を有する１つまたは複数のポリマーと、装置が第２形態にあるときに該構造体の少なくとも一部に被覆される充分な剛性を有する親水性ポリマーと、を備えることが可能である。装置が水性環境に配置され、その結果として、親水性ポリマーの水和が生じると、該ポリマー構造体は、第１形態に復元することになる。
【００２６】
本発明によるいくつかの実施形態は、厳密に言えば、形状記憶特性を備えていないにもかかわらず、材料の弾性、超弾性、装置を小径に巻き、拘束して送達する特別の方法、またはそれらの組合せによって、拘束が除かれたとき、拘束された形態から展開形態に容易に変換することが可能である。このような実施形態は、１つまたは複数のエラストマー材料またはゴム材料を含んでいてもよい。
【００２７】
ここで用いられる「セグメント」という用語は、形状記憶ポリマーの一部をなすポリマーのブロックまたは配列を指している。ハードセグメントおよびソフトセグメントという用語は、それらのセグメントの遷移温度に関連する相対的な用語である。例外もあるが、一般的に、ハードセグメントは、ソフトセグメントよりも高いガラス繊維温度を有している。
【００２８】
「遷移温度」は、その温度を超えると、形状記憶ポリマーがその元の記憶された形状に復元する温度を指している。
【００２９】
「歪固定率」Ｒfという用語は、形状記憶ポリマーの一時的な形状の固定を定量化するもので、歪プログラムと熱プログラムの両方を用いて、決定されている。歪固定率は、試料をその溶融点を越える温度に加熱し、試料をその一時的な寸法の２００％に拡張させ、その拡張された状態の試料を冷却し、拡張を０％に戻すことによって、データを収集し、以下の数式を用いて、決定されている。
【数１】
2008513115.tif 000003
但し、εu（Ｎ）は、拡張を戻している間ずっと無張力の状態にある拡張の大きさであり、εmは、２００％である。
【００３０】
「歪回復率」Ｒrは、永久形状が回復される程度を表している。
【数２】
2008513115.tif 000004
但し、εpは、無張力の状態にある拡張の大きさである。
【００３１】
「切換えセグメント」は、遷移温度を含み、一時的な形状を固定する形状記憶ポリマーの能力を担っている。
【００３２】
「熱可塑性エラストマー」は、主に物理的な架橋である架橋部を含む形状記憶ポリマーである。
【００３３】
「熱硬化性ポリマー」は、共有結合である多数の架橋部を含む形状記憶ポリマーである。
【００３４】
形状記憶ポリマーは、極めて用途が広く、前述した有利な特性の多くが、種々の技術によって、容易に制御、かつ修正されている。遷移温度および機械的特性のようないくつかの巨視的な特性は、化学構造および組成をわずかに変化させることによって、広範囲に変更させることが可能である。さらに具体的な例が、米国仮特許出願番号Ｎｏ．６０／５２３，５７８に記載されている。この特許出願は、その全体が、あたかも完全に記載されるかのように、本明細書に含まれるものとする。
【００３５】
形状記憶ポリマーは、２つの特徴、すなわち、目的とする温度範囲内に熱遷移温度Ｔtransを有する誘発セグメントと永久的な形状を決定する架橋部とによって、特徴付けられている。架橋の種類（物理的架橋、共有結合による架橋）に依存して、形状記憶ポリマーは、熱可塑性エラストマーまたは熱硬化性ポリマーとすることが可能である。架橋の種類、遷移温度、および他の特性を操作することによって、形状記憶ポリマーは、特定の臨床用途に適するように、調整することが可能となっている。
【００３６】
さらに具体的には、本発明によれば、セグメントを遷移温度に関して選択することによって、形状記憶ポリマーの形状記憶挙動および機械的特性を制御することができる。機械的特性は、それぞれのセグメントの量によって、影響を受ける可能性がある。架橋の程度は、材料の選択における所望の材料の種類によって、支配されることがある。例えば、架橋の程度が多いと、ポリマーの網状組織の生成よりも強靭な材料の生成が、より助長されることになる。加えて、マクロモノマーの架橋剤の分子量は、ポリマーの網状組織の結晶化度と機械的特性を調整する分子レベルでの１つのパラメータである。付加的なモノマーが、第２のパラメータをもたらすために、導入されてもよい。
【００３７】
さらに、（制限されないが、時間および温度を含む選択されたパラメータに従って材料を加熱する）焼鈍プロセスによって、ポリマー鎖結晶化が増大し、これによって、材料の強度が高められている。結果的に、本発明によれば、材料の適切な比率を用いて、かつ材料を焼鈍することによって、所望の材料特性を得ることができる。
【００３８】
加えて、材料が歪誘起結晶化を介して結晶化する程度を制御することによって、ポリマーの特性を強化し、他のものと差別化することができる。歪誘起結晶化を与える手段は、本発明による内部人工器官の展開中に強化されるようになっている。本発明による内部人工器官の拡張時において、プラスチック変形の局所的な領域が歪誘起結晶化を受け、装置の所望の機械的特性、例えば、半径方向の強度をさらに高めることができる。この強度は、内部人工器官が導入され、所望の点で選択的に屈曲されるときに、最適化されることになる。
【００３９】
天然ポリマーのセグメントまたは天然ポリマーは、制限はされないが、カゼイン、ゼラチン、グルテン、ゼイン、変性ゼイン、血清アルブミン、およびコラーゲンのようなタンパク、アルギン酸塩、キチン、セルロース、デキストラン、プルラン、およびポリヒアルロン酸のような多糖類、およびポリ（３−ヒドロキシアルカノアート）、特に、ポリ（β−ヒドロキシブチラート）、ポリ（３−ヒドロキシオクタノアート）、およびポリ（３−ヒドロキシ脂肪酸）を含んでいる。
【００４０】
適切な合成ポリマーブロックは、ポリホスファゼン、ポリ（ビニルアルコール）、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリ（アミノ酸）、合成ポリ（アミノ酸）、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアルキレン、ポリアクリルアミド、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレンオキシド、ポリアルキレンテレフタレート、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリビニルハライド、ポリビニルピロリドン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリシロキサン、ポリウレタン、フッ化ポリマー（制限はされないが、ポリテトラフルオロエチレンを含む）、およびこれらのコポリマーを含んでいる。
【００４１】
適切なポリアクリレートの例として、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（メタクリル酸エチル）、ポリ（メタクリル酸ブチル）、ポリ（メタクリル酸イソブチル）、ポリ（メタクリル酸ヘキシル）、ポリ（メタクリル酸イソデシル）、ポリ（メタクリル酸ラウリル）、ポリ（メタクリル酸フェニル）、ポリ（アクリル酸メチル）、ポリ（アクリル酸イソプロピル）、ポリ（アクリル酸イソブチル）、およびポリ（アクリル酸オクタデシル）が挙げられる。
【００４２】
合成的に変性された天然のポリマーは、セルロース誘導体、例えば、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、セルロースエーテル、セルロースエステル、ニトリセルロース、およびキトサンを含む。適切なセルロース誘導体の例として、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースプロピオナート、セルロースアセテートブチラート、セルロースアセテートフタレート、カルボキシメチルセルロース、セルローストリアセテート、およびセルロース硫酸ナトリウムが挙げられる。これらは、ここでは、総括的に「セルロース」と呼ぶこととする。
【００４３】
形状記憶ポリマーを含むこれらの実施形態の場合、ポリマーまたは１つまたは複数のポリマーブロックの結晶化度は、３％から８０％の間、よく使われるのは、３％から６５％の間である。遷移温度よりも低い温度におけるポリマーの引張弾性率は、典型的には、５０ＭＰａから２ＧＰａ（ギガパスカル）の間にある一方、遷移温度よりも高い温度におけるポリマーの引張弾性率は、典型的には、１ＭＰａから５００ＭＰａの間にある。殆どの場合、遷移温度の上下の温度における弾性率の比は、２０以上である。
【００４４】
ハードセグメントの融点およびガラス遷移温度は、一般的に、少なくとも１０℃、好ましくは、２０℃であり、ソフトセグメントの遷移温度よりも高い。ハードセグメントの遷移温度は、好ましくは、−６０℃と２７０℃の間、よく使われるのは、３０℃と１５０℃の間である。ソフトセグメントに対するハードセグメントの重量比は、約５：９５と９５：５との間、最もよく使われるのは、２０：８０と８０：２０との間である。形状記憶ポリマーは、少なくとも１つの物理的な架橋（ハードセグメントの物理的な相互作用）を含むか、またはハードセグメントの代わりに共有結合の架橋を含んでいる。また、これらの形状記憶ポリマーは、相互貫入網目構造または半相互貫入網目構造とすることが可能である。代表的な形状記憶ポリマーは、ブロックコポリマーである。
【００４５】
適切な親水性ポリマーの例として、制限はされないが、ポリ（エチレンオキシド）、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ（エチレングリコール）、ポリアクリルアミドポリ（ヒドロキシアルキルメタクリレート）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、親水性ポリウレタン、HYPAN、配向HYPAN、ポリ（ヒドロキシエチルアクリレート）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メトキシ化ペクチンゲル、寒天、澱粉、変性澱粉、アルギン酸塩、ヒドロキシエチルカーボハイドレート、およびこれらの混合物およびコポリマーが挙げられる。
【００４６】
ヒドロゲルは、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリレート、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（酢酸ビニル）、およびこれらのコポリマーおよびブレンドから形成することが可能である。数種のポリマーセグメント、例えば、アクリル酸は、ポリマーが水和されてヒドロゲルが形成される場合のみ、エラストマーである。他のポリマーセグメント、例えば、メタクリル酸は、ポリマーが水和されていない場合であっても、結晶構造を有し、融解可能である。所望の用途および使用条件に依存して、いずれかの種類のポリマーブロックを用いることが可能である。
【００４７】
本発明によれば、高弾性材料、例えば、制限はされないが、加硫ゴム、ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、などが、用いられてもよい。
【００４８】
硬化性材料として、架橋、重合、または他の適切なプロセスによって、流動性材料または軟質材料から硬質材料に変換することができる任意の材料が挙げられる。材料は、経時的、熱的、化学的、または放射線への暴露によって、硬化されるとよい。放射線への暴露によって硬化される材料の場合、多くの種類の放射線を、材料に応じて、用いることが可能である。約１００〜１３００ｎｍのスペクトル域の波長が用いられるとよい。材料は、組織、血管成分、生理液、または水によって容易に吸収されない波長範囲内の光を吸収すべきである。可視光、赤外線、および熱線に加えて、約１００〜４００ｎｍの範囲内の波長を有する紫外線を用いることが可能である。硬化性材料の例として、以下の材料、すなわち、ウレタン、ポリウレタンオリゴマー混合物、アクリレートモノマー、脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー、アクリルアミド、ＵＶ硬化エポキシ、光重合ポリ無水物、および他のＵＶ硬化モノマーが、挙げられる。代替的に、硬化性材料は、化学的に硬化可能な材料、例えば、室温で加硫されるシリコン基化合物であってもよい。
【００４９】
制限はされないが、本発明によるいくつかの実施形態は、表面から溶出する１つまたは複数の治療物質を含んでいる。適切な治療剤の例として、制限はされないが、骨成長促進剤、骨成長誘導因子、骨誘導剤（例えば、鎮痛剤）、免疫抑制剤、ステロイド、抗炎症剤、疼痛処理剤（例えば、鎮痛薬）、生体椎間板材料の再成長および／または強化を高める組織増殖剤などが挙げられる。本発明によれば、このような表面処理および／または治療物質の混和は、二酸化炭素液体、例えば、液体または超臨界状態にある二酸化炭素を利用する多数のプロセスの１つ以上を用いて、行なうことが可能である。超臨界物質は、その臨界温度および臨界圧力（または、「臨界点」）を超える物質である。
【００５０】
内部人工器官の製造においてポリマー材料を用いることによって、可撓性、追従性、および適合性が改良されるという利点が得られる。本発明による内部人工器官の製造によれば、人工器官の異なる領域に異なる材料を用いて、選択された領域に必要とされる異なる物理的特性を達成することができる。ポリマー材料からなる内部人工器官は、磁気共鳴撮像との適合性が得られるという付加的な利点、場合によっては、長期の臨床が可能になるという利得をもたらしている。
【００５１】
前述したように、本発明のいくつかの実施形態は、装置を展開状態で留置するために、治療部位に送達された後、適切な材料で充填され得る実質的に中空の内部を有する構成部品を備えていてもよい。従って、このような実施形態は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）またはポリウレタンからなる薄膜層、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のラミネート、またはＰＶＣ、ポリウレタンまたは他の適切な材料内にナイロン繊維またはナイロンフィルムを含む層を有する流体保持バッグを備えることが可能である。このような流体保持バッグまたは薄膜層は、代替的に、ＰＶＣ、ポリウレタン、または他の適切な材料内にケプラー、ポリイミド、適切な金属、または他の適切な材料を含む層から構成されていてもよい。このようなラミネートは、中実コア、編組、織地、または他の繊維メッシュ構造とし、安定性、強度、および制御された追従性をもたらすようにされているとよい。このようなラミネート薄膜層は、高周波または超音波溶接、紫外線硬化性接着剤を含む接着剤、または熱エネルギーを用いて、作製することが可能である。
【００５２】
前述した流体保持バッグには、どのような適切な材料、例えば、制限はされないが、生理食塩水、造影剤、ヒドロゲル、ポリマー発泡体、またはこれらの任意の組合せが充填されていてもよい。ポリマー発泡体は、ジイソシアネートポリマー、ポリオール、および炭化水素、または二酸化炭素ガスの混合物を含むポリウレタン媒介物であってもよい。このような発泡体には、当技術分野において知られる放射性不透過性をもたらす多くの固体または液体材料のいずれかが充填されていてもよい。
【００５３】
このような流体保持薄膜および／または流体保持バッグは、椎間板の全体と取り替えるように設計されていてもよい。代替的に、この薄膜および／またはバッグは、髄核のみまたは繊維輪のみと置き換えられてもよい。このような装置は、１つまたは複数の充填口を備えると共に、髄核および線維輪に対して個別の充填入口を備え、これによって、生体椎間板要素の特性を再現するために、デュロメータ硬度を異ならせ、場合によっては、材料を異ならせることが可能になる。
【００５４】
このような装置は、単一のユニットを備えることができ、または２つ以上の個別の部分を備えることもできる。もし装置が２つ以上の構成部品を備える場合、これらの部品は、パズルのように、互いに嵌合させることが可能である。この装置は、椎体間の安定した配列を得るための配列タブをさらに備えていてもよい。
【００５５】
このような流体保持薄膜および／またはバッグは、充填の後の構造的な完全性を維持し、圧縮力、せん断力、および他の負荷に耐える装置能力を改良し、および／または充填材料の流れを方向付けると共に充填材料を位置決めし、および／または異なる種類または異なる量の充填材料を個別に注入すべく椎間板の部分を仕切るために、体内接続部および／またはバッファおよび／または仕切りまたは略垂直に配向した薄膜を備えていてもよい。
【００５６】
外科手術または最小侵襲手術によってアクセスし、生体椎間板の全てまたは一部を除去した後、萎縮した流体保持バッグまたは薄膜を、外科的にまたはカテーテルおよび／またはカニューレを通して、椎間腔に送達することが可能となる。この薄膜またはバッグは、椎間腔内に位置決めされる。この後、薄膜の１つまたは複数の膨張口が、注入源に取り付けられる。次いで、充填材料が注入される。注入の後、充填材料は、適切な手段によって硬化されてもよいし、触媒反応を生じるようにされてもよいし、または液体の形態で維持されてもよい。この後、注入源が取り外される。
【００５７】
本発明の詳細は、本発明の一般的な原理の例として述べる本発明による具体的な実施形態の以下の説明から、よく理解されるだろう。多くの構造および材料の修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、なされてもよいことが理解されるだろう。また、以下の実施形態は、人工椎間板核、人工椎間板輪、またはその両方として機能することができることも理解されるだろう。図１は、システム５の断面によって、本発明の原理を例示している。システム５は、円筒チャンバ１０と、ピストン１５と、ヒドロゲル２０と、第２貯蔵部２５とを備えている。図１に断面で示されているように、ピストン１５は、第１形態にあり、チャンバ１０は、第１貯蔵部１２を画成している。第２貯蔵部２５は、浸透性薄膜２８を備えている。しかし、本発明による代替的な実施形態は、不浸透性薄膜を備えることが可能である。図１に例示される予圧されている形態では、システム５は、平衡状態にある。
【００５８】
図２において、負荷３０がピストン１５に加えられ、下向きの力をピストン１５に与える。ヒドロゲル２０に作用する圧力が大きくなる結果、水がヒドロゲル２０内から浸透性薄膜２８を通して第２貯蔵部２５の内部に押し込まれる。その結果、第１貯蔵部１２の体積は、減少することになる。従って、ヒドロゲル２０に含まれる水は、少量になる。水が第２貯蔵部２５の内部に押し込まれる程度は、負荷３０の大きさに依存している。
【００５９】
図３は、負荷３０を取除いたあとの第２貯蔵部２５の相互作用的な挙動を例示している。システム５への圧力が減少すると、すでに脱水状態にあるヒドロゲル２０が、水を第２貯蔵部２５の内部から浸透性薄膜２８を通して引込む。ヒドロゲル２０は、徐々に再水和され、第２貯蔵部２５の内部２７が、部分的または完全に空になる。力を再び加えると、前述のシステム５は、再び前述の関連する階層的なステップを行なうことになる。システム５は、繰り返される機能的脊椎の負荷支持および機能的脊椎からの除負荷と、繰り返される負荷の付与および負荷の取除きの間における本発明による人工椎間板の挙動と、を表している。
【００６０】
図４を参照すると、予圧の形態にある本発明の代替的実施形態が示されている。人工核４０は、不浸透性弾性バッグ４５と、不浸透性貯蔵部４７と、ヒドロゲル５０とを備えている。図５に例示される多方向負荷５５が加えられると、圧力が不浸透性貯蔵部４７に伝達され、不浸透性貯蔵部４７の体積を減少させる。その結果、弾性バッグ４５の体積が減少することになる。不浸透性貯蔵部の体積が減少する程度は、加えられる負荷の大きさに依存している。
【００６１】
図６に示されるように、負荷５５が取除かれると、気体４６への圧力が減少する。その結果、不浸透性貯蔵部４７の体積は、その元の予圧体積に増加することになる。図１〜図３に関して説明した実施形態と同様に、人工核４０は、前述のサイクルの多くの繰り返しを受けることが可能である。
【００６２】
図７〜図９は、人工椎間板６０を断面で例示している。人工椎間板６０は、微細球貯蔵部６５と、ヒドロゲル６７とを備えている。図８に示されるように、多方向負荷７０が加えられると、圧力によって、水がヒドロゲル６７から微細球貯蔵部６５の内部に押し込まれる。その結果、人工椎間板６０の体積が減少することになる。水が微細球貯蔵部６５の内部に押し込まれる程度は、加えられる負荷の大きさに依存している。
【００６３】
図９に例示されるように、負荷７０が取除かれると、脱水されているヒドロゲル６７は、微細球貯蔵部６５の内部から水を引込み、これによって、再水和される。図１〜図６に関して説明した実施形態と同様に、人工椎間板６０は、前述のサイクルの多数の繰り返しを受けることが可能である。
【００６４】
図１０は、図７〜図９に関して説明したのと同様の実施形態を例示している。しかし、図１０の例は、図７〜図９の例よりも、微細球貯蔵部８５のヒドロゲル素地８４内に含まれるより高濃度の微細球８０を例示している。
【００６５】
弾性バッグおよび／または不浸透性貯蔵部の製造に用いられる望ましい材料は、例示にすぎないが、ポリマー、エラストマー、粘弾性ポリマー、超弾性ポリマー、および形状記憶ポリマーを含んでいる。
【００６６】
前述の実施形態の全てが、最小侵襲的な経皮的方法によって、最も有利に送達され得るが、前述の実施形態は、外科的に移植されてもよい。さらに、本発明の特定の形態を例示しながら説明したが、前述の説明は、単なる例示であり、種々の修正が本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが、当業者には明らかだろう。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の原理を例示する、予圧の形態にある例示的なシステムの側面図である。
【図２】（負荷が加えられた後）の負荷時の形態にある例示的なシステムの側面図である。
【図３】（図２において例示されるような加えられた負荷が取除かれた後の）負荷後の形態にある例示的なシステムの側面図である。
【図４】本発明による予圧の形態にある代替的な閉鎖系バルーンの断面図である。
【図５】負荷が加えられた後の図４の閉鎖系バルーンの断面図である。
【図６】図５において加えられた負荷が取除かれた後の閉鎖系バルーンの断面図である。
【図７】本発明による予圧の形態にある人工椎間板核の断面図である。
【図８】（負荷が加えられた後の）負荷時の形態にある図７の人工椎間板核の断面図である。
【図９】負荷が取除かれた後の図７および図８の人工椎間板核の断面図である。
【図１０】本発明による代替的な閉鎖系バルーンの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【国際調査報告】
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