(57)【要約】本出願はゲル材料のコアと前記コアを包囲する繊維エンベロープとを含むプロテーゼに関する。さらに、本出願はこれを製造する方法に関する。本出願の目的は低いせん断剛性と高度の靭性と良好な膨潤性とを組み合わせた材料に基づくプロテーゼを提供することである。本発明の他の目的は優れた耐久力および耐摩耗性を示す材料に基づくプロテーゼを提供することである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲル材料のコアと前記コアを包む繊維エンベロープとを含むプロテーゼであって、前記繊維エンベロープは織物からなることを特徴とするプロテーゼ。
【請求項２】
前記繊維エンベロープは耐引張性繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロテーゼ。
【請求項３】
前記耐引張性繊維は少なくとも１Ｇｐａ、好ましくは少なくとも１０Ｇｐａの引っ張り強度を有することを特徴とする請求項２に記載のプロテーゼ。
【請求項４】
前記エンベロープは少なくとも１層、好ましくは少なくとも２層以上の層を含むことを特徴とする請求項１ないし３の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項５】
前記少なくとも２層は接続されていることを特徴とする請求項４に記載のプロテーゼ。
【請求項６】
前記エンベロープは編まれているかまたは紐編みされている、好ましくは編まれていることを特徴とする請求項１ないし５の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項７】
前記エンベロープは１ｍｍ２以下のメッシュサイズを有することを特徴とする請求項１ないし６の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項８】
編みエンベロープは１インチあたり少なくとも１０ステッチ（１ｃｍあたり４ステッチ）、好ましくは１インチあたり少なくとも２０ステッチ（１ｃｍあたり８ステッチ）のステッチ密度を有することを特徴とする請求項６ないし７の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項９】
前記繊維エンベロープはポリエチレン繊維を含むことを特徴とする請求項１ないし８の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項１０】
ゲル材料はヒドロゲルであり、好ましくは繊維強化されたヒドロゲルであることを特徴とする請求項１ないし９の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項１１】
ヒドロゲルは１ＧＰａ以下の引っ張り強度を有する繊維により強化されていることを特徴とする請求項１０に記載のプロテーゼ。
【請求項１２】
ヒドロゲルは、ヒドロゲルの重量に基づいて、少なくとも５％の量の繊維で強化されていることを特徴とする請求項１０ないし１１の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項１３】
前記コアと前記エンベロープとの間に保護層があり、この層は前記コアを全体的にまたは部分的に包み、好ましくは膜またはフィルムであることを特徴とする請求項１ないし１３の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項１４】
前記保護層は１ｎｍないし１００μｍにわたる細孔径を有する孔を有することを特徴とする請求項１３に記載のプロテーゼ。
【請求項１５】
前記コアは柔軟性のある部分と柔軟性に劣る部分から構成され、前記コアは好ましくは扁平な上部と下部とを有する扁平体の形状を有し、一方で柔軟性に劣る部分は特に前記コアの片面または両面に配置されていることを特徴とする請求項１ないし１４の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項１６】
前記柔軟性に劣る部分は形状が環状であり、中央開口を備えていることを特徴とする請求項１５に記載のプロテーゼ。
【請求項１７】
前記エンベロープは好ましくは特にビード、クランプおよびくぎからなる群より選択される金属から作製されている取り付け器具を、前記コアからみて外方に向いている面に備えていることを特徴とする請求項１ないし１６の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項１８】
前記プロテーゼの剛性は前記プロテーゼ内の膨潤圧に依存し、これは前記ゲルの膨潤と前記織ったエンベロープの剛性との間のバランスによって得られ、その結果、前記繊維は付勢され、膨潤の量が制限される請求項１ないし１７の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項１９】
前記柔軟性に劣る部分は前記コアの２つの層の間または１つの層と前記コアとの間に配置されていることを特徴とする請求項４ないし１８の１項以上に記載のプロテーゼ。
【請求項２０】
ゲル材料からなるコアがエンベロープを備えた請求項１ないし１９の１項以上に記載のプロテーゼを製造する方法であって、織ったエンベロープを準備することを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記織ったエンベロープを前記コアと別に製造し、この後に前記コアをそこに移す請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記織ったエンベロープを前記コアの周りにその場で配置する請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ヒドロゲルをゲル材料として用い、このヒドロゲルを好ましくは完全にまたは部分的に脱水した状態で前記エンベロープ内に配置することを特徴とする請求項２１ないし２２の１項以上に記載の方法。
【請求項２４】
椎間板全体、椎間板の髄核または半月板を置き換えるための、請求項１ないし１９の１項以上のプロテーゼまたは請求項２０ないし２３の１項以上に記載の方法を用いることにより得られたプロテーゼの使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明はゲル材料のコアとコアを包囲するエンベロープとを含むプロテーゼに関する。また、本発明はこれを製造する方法に関する。本発明はさらにプロテーゼの使用に関する。
【０００２】
自然の椎間板（椎間円板または円板）は背部の運動部位の一部を形成している。このような運動部位は２つの椎骨、椎間板（椎骨に接続する軟骨円板）、２つの小さな脊柱関節（椎間関節）、靱帯および筋肉からなっている。これらの要素のすべてが共同して背部の運動がどの程度まで可能であるかを決める。従って椎間板は全体的な運動器の一部を形成していて、ここですべての要素は同時に働く。すべての要素が損なわれてはいないか損傷した場合は修復される場合にのみ要素のユニットは機能することができる。損傷しているために椎間板が例えば十分に機能することができない場合、小さな関節に荷重がかかり過ぎることとなり、これは次々と上記関節を損傷させるであろう。従って、損傷したまたは不全な椎間板の、好ましくは同等の特徴を有する人工椎間板による適時の置き換えはとても重要である。
【０００３】
自然な椎間板は繊維の輪（線維輪）に包まれているゼリー状のコア（髄核）から形成されている（White et at., Clinical biomechanics of the spine, J. B. Lippencott Company, Philadelphia, 1978）。髄核と線維輪は両方とも硬くおよび互いに架橋したコラーゲン繊維を含み、これはプロテオグリカン鎖と絡み合っている。上記プロテオグリカン鎖は固定され、強く負に帯電した上記鎖（グリコサミノグリカン）を有し、これは環境からのイオンと相互作用し、この結果として椎間板により水を引き込む。高濃度のプロテオグリカン鎖のため、髄核は８５ないし９５％の水を含み、一方比較的多量のコラーゲン繊維とより少ないプロテオグリカンプロテオグリカン鎖を有する線維輪は７０ないし８５％の水を含む。特有の組成の結果として、円板は互いに関連する椎骨の動きを可能にし、加えて、衝撃吸収機能を有する。２つの隣接する椎骨は硝子（ガラス）軟骨からなる終板を含み、これは柔らかな椎間板と硬い椎骨との間の移行帯としての機能を果たす。
【０００４】
椎間板の変性に関連する背部の病気、例えば深刻な椎間板ヘルニアの場合に、外科手術が必要であろう。場合によっては椎間板の一部、一般的には線維輪を残すことができるが、深刻な場合には椎間板を全体として置換する必要がある。椎骨の機能を回復するために、プロテーゼを埋め込む必要があり、このプロテーゼは機械的剛性に関しておよび挙動に関しての両方で自然な椎間板の機械的機能を引き継ぐ。
【０００５】
椎間板用のプロテーゼは多くの要件を満たす必要があり（Eijkelkamp et al., The International Journal of Artificial Organs, 2001, 21 (5), 311-321）例えば、とりわけ、最適接合のための正確な形状および隣接する椎骨に関して最適な圧分布である。さらなる要件は良好な衝撃吸収を得るために十分な剛性度、および自然な椎間板のものに相当する挙動を含む。
【０００６】
US 5,824,093 はゲル材料のコア（１２）と織った繊維エンベロープ（１４）とを含む核プロテーゼ（１０）を開示している。
【０００７】
WO 2005/013863（本発明者等）はゲル材料のコア（２）と上記コアを包囲するラップ繊維エンベロープ（３）とを含むプロテーゼを開示している。
【０００８】
US 2002/026244 は、ヒドロゲルのコアを、コアを包囲する織った繊維エンベロープと共に含む核プロテアーゼを開示している。
【０００９】
EP 0 353 936 はゲル材料のコアを織物のエンベロープと共に含むプロテーゼを開示している。
【００１０】
US 5,192,326 は織物のエンベロープにより取り囲まれたゲル材料のコアを含むプロテーゼに関する。
【００１１】
国際出願 WO 04/049980 は扁平体を有する弾力性のある材料（シリコーンゴム）のコアを含み、下部と上部とを有し、この上部と下部は側面によって接続されていて、その周囲に実質的に放射状に配向している耐引張性繊維の巻きが与えられている。
【００１２】
このような人工椎間板の欠点はこのように与えられた耐引張性繊維の巻きは繊維構造に不十分な形状安定性を与えてその結果として元の形状を失わずに限られたコア内の圧の上昇のみを可能にし、これは人工椎間板の耐久力および強度に不利に影響を及ぼす。言い換えれば、大きな荷重がかかるとコア材料は繊維の巻きの間から膨出するであろう。
【００１３】
市販されていたおよび／または市販されている椎間板を置換するためのプロテーゼの例は、柔軟性のあるコアと硬い終板、すなわちチタニウム終板により覆われたゴム製コアに基づくプロテーゼ（Acroflex（登録商標））を含む。椎間板の髄核のみを置き換えることを対象とするプロテーゼであって、このプロテーゼはヒドロゲル材料に基づくものは、とりわけ米国特許第５，６７４，２９５号；６，４０２，７８４号および５，０４７，０５５号明細書により知られており、ここで自然の線維輪はヒドロゲル材料で満たされ、このヒドロゲル材料は膨潤性を有し、膜により包まれていてもよいし包まれていなくてもよい。他の従来のプロテーゼはいわゆるヒンジプロテーゼであり、例えば ProDisc II（登録商標）、Maverick（登録商標）および Charity（登録商標）である。このようなヒンジプロテーゼの欠点は磨耗がヒンジ部分に起こることである。柔軟性のあるコアを含むプロテーゼはヒンジによっては動かないが柔軟性のあるコアの変形を通じて動き、これは磨耗をもたらさない。
【００１４】
椎間板のためのプロテーゼを提供することが本発明の目的であり、このプロテーゼは自然の椎間板の特徴を模倣する。以後より詳細に説明する特徴の例はプロテーゼの膨潤性、浸透傾向、クリープおよび緩和、非線形粘弾性材料挙動、強度、剛性、靱性および疲労抵抗を含む。
【００１５】
本発明の他の目的は低いせん断剛性と高度の靱性、軸方向剛性および耐久性とを組み合わせた材料に基づくプロテーゼを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的はプロテーゼの外科的埋め込み時にあらゆる靱帯がプロテーゼの位置の近くで著しく伸ばされることなくヒトまたは動物に簡単な方法で埋め込むことができるプロテーゼを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は高度の耐久性、良好な衝撃吸収性および良好な疲労特性を示すプロテーゼを提供することである。
【００１８】
これに加えて、本発明の目的は身体の他の関節および関節部分、例えば半月板等のためのプロテーゼを提供することである。
【００１９】
１つ以上の上記目的を繊維エンベロープが織物から成ることを特徴とする導入部に記載したプロテーゼにより達成する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明を以下の図面を参照しながら以下により詳細に説明する。
【図１】図１はサンプルプロテーゼの静的荷重の力−厚さのダイアグラムを示す。
【図２】図２は疲労試験中のサンプルプロテーゼの厚さの変化を示す。
【図３】異なる周波数を用いている間の本プロテーゼへの荷重を示す。
【図４】本発明によるプロテーゼの１３００Ｎの荷重下でのクリープ挙動を示す。
【００２１】
本発明の記載において、「織物」という語は機織り、編み、スプール編み、組紐編み、またはボビンレース編み等のような技術を用いることにより得られる素材を意味することが理解される。このことは上記した従来技術のいわゆるラップエンベロープと対照的である。
【００２２】
本発明者等により見出された本プロテーゼの利点は、コアのゲル材料は織ったエンベロープの存在によりコアにおいて正確に適所に保たれ、従ってラップエンベロープを用いる際に起こる状態とは対照的に、ゲル材料はエンベロープの個々の繊維を通じてほとんど膨出しないであろうことである。
【００２３】
薄膜またはラップエンベロープにより包囲されたゲル材料からなるコアを有する従来技術のプロテーゼに関して、通常の使用中に生じる荷重下でゲル材料が膜またはエンベロープからゲル材料が膨出するかまたは突出する可能性がある。このような形態を用いた際に、プロテーゼが例えばゲル材料の膨潤圧または使用中の荷重を受けた場合に、巻線は互いに関連しながらおよび互いに覆って移動するだろう可能性がさらにあり、その結果として、上記したように、巻線間に開口を生じ、この開口を通じてゲル材料が膨出する。このことは不都合である。というのは、これは配置の構造上の完全さに悪影響を及ぼしおよび寿命を短くし、同時にゲル材料は放出される可能性があり、これは続いて体内に達することがあり、場合によっては患者に望ましくない副次的な悪影響をもたらす。
【００２４】
本発明のプロテーゼが非常に良好に機能するという事実についての考えられる説明であって、本発明者等はこれに限定されることを望まない説明は、織物を使用するため、場合によってスレッドまたは糸の形態にある繊維は互いに対して比較的固定された位置に配置されるため、互いに関連した大きな移動が起こり得ないということである。他方で、ラップエンベロープの場合には互いに関連して大きな移動が起こる可能性があり、従って、大きな開口が繊維間に形成される可能性があり、これを通じてコアのゲル材料が膨出する。織った材料を用いた場合に、個々の繊維が材料内で移動する程度はより制限され、従って大きな開口は形成されないだろうし、少量のゲル材料、または実質的にはゲル材料は全く膨出しないであろう。
【００２５】
本プロテーゼの他の利点は織ったエンベロープは良好な耐久力を示すことであり、本発明者等により実験で示されかつ以下の例において説明される。
【００２６】
本プロテーゼの他の利点はプロテーゼが配置される付近の骨の間での接着をもたらす一方で、他方でプロテーゼが容易に作製されることである。「骨」という語は、例えば、椎骨の骨材料を指す。
【００２７】
織ったエンベロープの使用の、例えば、従来技術に従うラップエンベロープを超えるさらなる利点は目の粗いメッシュを有する織ったエンベロープの構造は織ったエンベロープへの骨の侵入を起こして、これがプロテーゼの体内への埋め込み後の隣接する骨材料との優れた接着をもたらすことである。このような侵入はラップエンベロープを用いた場合にはそれほど容易には起こり得ない。
【００２８】
ラップエンベロープを含むインプラントされた従来技術のプロテーゼは織ったエンベロープを含む本プロテーゼよりもより平滑な表面を有する。というのは、後者は繊維、糸および／またはスレッドの「継ぎ目」または交差を含むためである。本プロテーゼの表面は滑らかでないため、プロテーゼのエンベロープと隣接する骨材料の間の増大する摩擦のために、より低度の移動を体内で起こすであろう。
【００２９】
コア材料が膨出することは種々のコア材料、例えばシリコーンゴム等の WO 04/049980 に記載されているものを選択することを妨げることもある。このような構成は椎間板用のプロテーゼを椎骨の靱帯を伸長することなく埋め込むことは事実上不可能であり、これは望ましくない。
【００３０】
すでに上記した通り、自然の椎間板の多くの特性はその適切な機能にとって不可欠である。上記特性を簡潔に以下に説明する。
【００３１】
プロテーゼの膨潤容量は水の吸収の結果として膨らむためのプロテーゼの、とりわけコアのゲル材料の能力である。膨潤容量をコア内のゲル材料を適合させることにより要望どおりに変化させることができる。ヒドロゲルを用いた場合には、組成は比較的より高いまたはより低い親水性能力を有するより多くのまたはより少ないイオン化合物を含むように適応させることができる。本プロテーゼの良好な膨潤容量は体内の所望の位置に緩和された条件下でプロテーゼを外科的に埋め込むことを可能にし、従って関節周囲に存在する靱帯は過度に伸長されないだろうし、また損傷を防ぐことができる。プロテーゼの除去もこのような方法でなし得る。薬剤は例えばシリンジを用いてインプラントされたプロテーゼに注入することができ、プロテーゼは縮まって／体内でより小さくなり、その後の外科的除去はさほど困難ではないであろう。
【００３２】
本発明によれば、もし（ヒドロ）ゲルがエンベロープの容積よりも膨らむことが可能であるならば特に好ましい。プロテーゼの剛性はプロテーゼ内の膨潤圧によって決まり、これは（ヒドロ）ゲルの膨潤と織ったエンベロープの剛性との間のバランスにより得られ、その結果として繊維は付勢されて膨潤する量は制限される。ゲル中で得られる内部圧力の結果として、このゲルは裂け目を容易には示さないであろう。
【００３３】
言い換えれば、エンベロープがなければ（ヒドロ）ゲルはエンベロープを有するものよりもより膨潤するであろうが、エンベロープは膨潤する量を制限する。
【００３４】
ゲル材料のコアはエンベロープにより許容される以上にさらに膨潤することはできないというプロテーゼの浸透バイアスが得られ、これはコアおよび織り合わされたエンベロープ内でのバイアスをもたらす。
【００３５】
クリープは一定荷重における時間依存性の変形であり、その結果として材料中の応力レベルは低下する。椎間板および本プロテーゼに荷重がかかった場合に、水は流出するであろうし、この結果椎間板はより薄くなるであろう。荷重が低下した場合には、厚さは水の流入の結果再び増加するであろう。
【００３６】
応力緩和（緩和とも呼ばれる）は連続的な機械的荷重を受けた際の材料における応力レベルの低下である。緩和の例は付勢した繊維の使用であり、これは伸長されて内部応力に直面する。数時間後に応力が低下するが、伸長の程度は引き続き変化しないままであることが見出されるであろう。このことは材料の粘弾性的な挙動に関連する。
【００３７】
昼夜の律動における水の流入と流出であって、この律動は昼の間のより高い荷重および夜の間のより低い荷重の結果であるものは、プロテーゼ、小関節および靱帯にわたって自然に分布する応力をもたらし、従って応力集中を防ぐことができる。
【００３８】
弾性材料は緊張状態で荷重を受けた際に伸びを直接的に示し、および荷重を除いた際にはその元の状態に戻る。粘弾性は変形時に粘性挙動および弾性挙動を示す材料の性質である。粘弾性材料は時間依存性の伸びを示す。本プロテーゼの粘性挙動の結果として与えられる荷重をプロテーゼにわたってより均等に分布させることができる。
【００３９】
非線形の粘弾性挙動とは、高い伸びレベルの場合に伸びの単位あたりの応力の度合いが低い応力レベルの場合と比較して比較的より強く高まることを意味する。従って応力−伸び関係は非線形である。
【００４０】
強度は大きな力を受けた際に損なわれないというプロテーゼの能力についての情報を与え、および靱性は大きな変形を受ける際に損なわれないというプロテーゼの能力についての情報を与える。
【００４１】
疲労抵抗は疲労に対する抵抗であり、疲労は可変の長く続く荷重下で材料が壊れる現象である。たとえ応力がすべての位置において最大流または破壊応力よりはるかに低いままである場合でも可変荷重は破損を引き起こす。本プロテーゼがインプラントされた後に長期間その機能を果たすことができることは重要である。椎間板のような関節部位用のプロテーゼは長期間にわたって可変荷重にさらされるであろうし、従って、プロテーゼが疲労に対して良好な抵抗を示すことがとても重要なことである。疲労抵抗はプロテーゼの大きな荷重に対する抵抗の程度を示し、従って将来のプロテーゼの耐用寿命を示す。
【００４２】
剛性は材料が変形を示すことができる程度を指す。材料が硬ければ硬いほど、より変形を示さないだろう。本プロテーゼの剛性は一方のとりわけコアの膨潤容量（上に説明した通り）ならびにもう一方のエンベロープのサイズおよび剛性との間のバランスにより得られる。ヒドロゲル材料をコア材料として用いる場合には、コアは荷重を受ける際に適合することができる。要するに、荷重を受けた際に、水はコアから周囲に移動して剛性を高めるであろう。緩和時（荷重を受けない）は、コアは浸透圧効果の結果として再び周囲から水を吸収するであろう。荷重は主にプロテーゼにより生まれるため、その結果引き起こされる剛性および浸透圧力は過荷重に対して運動域における小関節を保護する。
【００４３】
剛性の程度は一方で関節の変形能と他方で上記関節の安定性との間に妥協を見つけるように選択され、プロテーゼのインプラントは上記変形能と安定性を妨げてはならない。
【００４４】
自然の椎間板において、プロテーゼの軸方向剛性とせん断剛性との間の比は約１：８であり、一方柔軟性のあるプラスチックコアを含むプロテーゼにおいてはこの比は約１：３である。軸方向剛性は背部の軸にわたる剛性に関する。せん断剛性は椎骨の側方運動が可能であるまでの程度により引き起こされる剛性に関する。
【００４５】
２つの椎骨の運動の間、固定された回転点を有する蝶番椎骨とは異なり、回転の軸の位置または回転点は変化する。本プロテーゼの運動が可能なまでの程度は自然の椎間板のものと等しい。
【００４６】
本発明によるゲル材料がヒドロゲルである場合、すなわち部分的にまたはもっぱらヒドロゲルからなる場合が好ましい。ヒドロゲルを用いることの利点はその優れた膨潤容量である。
【００４７】
本プロテーゼ中でイオン化ヒドロゲル、すなわち０．０２ないし２％、好ましくは０．０５ないし１％、より好ましくは０．１ないし０．５％、特に０．２ないし０．４％のイオン化されたグループ（１リットルあたりのモル当量の量）を含むヒドロゲルを使用することが特に好ましい。このようなヒドロゲルの例はＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリラート）およびＮａＭＡ（ナトリウムメタクリラート）の、好ましくは０．１ないし２０ｗｔ％のＮａＭＡ、特に０．５ないし１０ｗｔ％のＮａＭＡ、より特には１ないし６ｗｔ％のＮａＭＡでの組み合わせである。ＮａＭＡは負に帯電した基を含み、その働きは自然の椎間板のプロテオグリカン鎖のものに匹敵する、すなわち水を引きつける。他のポリメタクリラートを同様に用いてもよい。ヒドロゲル材料は水、架橋剤、重合開始剤および他の作用物質のようなさらなる成分をさらに含んでいてもよい。
【００４８】
より特には、コア材料として用いられるヒドロゲルは繊維で強化されているために本プロテーゼのより良い耐久性、耐摩耗性および荷重特性を得る。
【００４９】
繊維強化されたヒドロゲル材料は「Composite hydrogels for implants」：Ambrosio c.s. Proceedings of the institution of mechanical engineers, part H, Journal of Engineering in Medicine (1998), 212 (2), 93-9, Ref. 24 により知られている。ポリエチレンテレフタラート繊維の束がここでは用いられ、この繊維は吸収性がなく、これらの繊維を重合したヒドロゲル中に取り込む。多くの用途について、それと供に得られる材料は柔らかな生物組織の特有の剛性に関しては硬く、取り替えることが意図される。
【００５０】
Young et al. (Biomaterials 1998, 19, 175-1752) は、Lycra（登録商標）繊維（低い引っ張り強度）により強化されたポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリラート（ｐＨＥＭＡ）に基づく材料を記載している。繊維構造をヒドロゲル中に与える。繊維強化されたヒドロゲルは約１％の繊維を含み、人口皮膚として用いられることができる。
【００５１】
本発明によるプロテーゼはコア材料中に繊維強化されたヒドロゲルを好ましくは含み、ヒドロゲルは高くて１ＧＰａの引っ張り強度を有する繊維により強化されている。低い引っ張り強度（弾性率とも呼ぶ）を有するこのような繊維の例は５００％を超える伸び力を有するLycra（登録商標）またはSpandex（登録商標）である。低い引っ張り強度を有するこのような繊維はヒドロゲル材料の良好な吸収を示すため、均質な塊を形成する。加えて、このような繊維は繊維とヒドロゲルとの間に良好な接着を示すと同時にヒドロゲルの織布エンベロープからの飛び出しの危険を減じる。
【００５２】
特に、繊維強化されたヒドロゲル中の繊維の量は、ヒドロゲルの重量に基づいて、少なくとも５％であり、一方でプロテーゼの適切な強度と耐久性および他方でプロテーゼの膨潤容量との間の最適なバランスを得る。１つの実施形態において、繊維はヒドロゲル材料に細刻みの形態で、好ましくは長さ１ｃｍを超えないで加えられる。
【００５３】
ヒドロゲルと発泡体とを混合することも可能であり、繊維強化されたヒドロゲルと同等にヒドロゲルをより強化する。このような発泡体は好ましくはLycra（登録商標）のものに相当する性質を有する。好ましく用いられる発泡体は以下の性質：２０ないし８０ｋｇ／ｍ３の密度、１００ｋＰａを超える引っ張り強度、１００％を超える破断時の伸び、１．０ないし１０．０Ｋｐａの圧縮抵抗を有する。発泡体は医療用品質のもの、好ましくは連続気泡のもので、および網状のものである必要がある、すなわち個々の気泡間の気泡壁は除かれている。
【００５４】
例えばモールド内で所望の形状に発泡体を前もって形成することもでき、その後ヒドロゲルをモールド内で形作る（例３を参照のこと）。
【００５５】
このような発泡体と繊維はヒドロゲル材料の良好な吸収を示し、それに応じてこれらは均質な塊を形成する。発泡体と繊維をヒドロゲルを形成するモノマーに加えることができる。つまり、上記発泡体および／または繊維は重合過程中に存在し、その結果として上記発泡体および／または繊維はヒドロゲル材料中で一体化される。このことはヒドロゲルをより強靭にし、ヒドロゲル材料中で裂け目が生じることをさらに困難にするであろう。さらに、このような発泡体および／または繊維はヒドロゲル材料に対して良好な接着および織布エンベロープからヒドロゲルが抜け出るまたは膨出するリスクの低下を示す。
【００５６】
細刻みの繊維と比較して、発泡体は材料のより均一な分布を与え、従ってヒドロゲル中により弱い場所は形成されにくくなり、従って裂け目形成の度合いは繊維を用いた場合よりもさらに低くなるであろう。
【００５７】
本プロテーゼは耐引張性繊維から実質的に作製されるエンベロープを特に含む。本記載において、本記載において用いられる「耐引張性繊維」という語は最大で１５％、好ましくは最大で５％の破断時の伸びを示す繊維を意味することが理解される。
【００５８】
エンベロープにおけるこのような耐引張性繊維の使用の利点は、これは疲労耐性、耐久性および耐荷重特性に関して改善された性質を有するプロテーゼをもたらすということである。
【００５９】
耐引張性繊維は好ましくは少なくとも１ＧＰａ、より好ましくは少なくとも３ＧＰａ、さらにより好ましくは少なくとも５ＧＰａ、特に少なくとも７ＧＰａおよびより特に少なくとも１０ＧＰａの引っ張り強度を有する。すなわち、疲労耐性および耐久性に関して最も良い結果を得る。
【００６０】
エンベロープのための繊維は好ましくは少なくとも５０ＧＰａ、好ましくは少なくとも７５ＧＰａの弾性率を有する。
【００６１】
好適な繊維の例は、例えば、Dyneema Purity（登録商標）を含み、これは３ＧＰａの引っ張り強度、９８ＧＰａの弾性率および３．４％の破断時の伸びを有する。
【００６２】
本プロテーゼは耐摩耗性である繊維から主に作製されるエンベロープを特に含む。磨耗は引っ張りの方向に対して横方向に剪断力により引き起こされる擦り切れである。耐摩耗性材料は他の面との接触および／または摩擦時に容易には擦り切れずにもとの状態を保つ。上記繊維は長期間にわたって損なわれないままであろうし、従って、もしこれらが他の面に沿って摩擦を生じても、プロテーゼの不具合のリスクは最小限に抑えられる。繊維は少なくとも１０４サイクル、好ましくは少なくとも１０５サイクルの耐性を有する。
【００６３】
本プロテーゼ用の織布エンベロープが編まれているか紐編みされている場合、特に編まれている場合に特に好ましい。
【００６４】
エンベロープのサイズを問題となる用途に適合させる。椎間板のプロテーゼの場合には、エンベロープのサイズは、置き換えようとする自然の椎間板のサイズに相当する。
【００６５】
このことは特に、編み材料の場合において、適切な粗さを有する構造を実現し、従ってほとんど移動しないだろうし、同時にさらに最適な骨癒合が得られるだろうという利点を有する。
【００６６】
好ましくは、ポリエチレン繊維を織ったエンベロープにおいて用い、この織ったエンベロープは特に上記ポリエチレン繊維から実質的にもっぱら成る。耐引張性で耐摩耗性であるこのようなポリエチレン繊維の例は、例えば、ＤＳＭからのDyneema（商標）および WO 04/049980 に記載されている繊維を含む。本明細書中で用いられる「繊維」という語はモノフィラメントまたはマルチフィラメントからなるスレッドまたは糸を指すことも理解されることに留意すべきである。繊維の太さはいずれの制限にも拘束されず、当業者により用途に応じて決定されることができる。
【００６７】
さらにゲル材料が膨出することを防止するために、織ったエンベロープの下（すなわち織ったエンベロープとコアとの間）にさらなる保護層を、例えば膜またはフィルムの形態で与えることが好ましい。このような保護層はコアを完全にまたは部分的に包む。人工椎間板の場合に、コアは上部と下部とを有する扁平な本体の形状を有し、この上部と下部とは側面によって接続されている。保護層がコアを部分的にのみ包む場合には、上部および下部のみ、または側面のみが例えば包まれるであろう。保護層により包まれる程度は多くの因子、例えば織布エンベロープのメッシュサイズやヒドロゲル材料の種類に基づいて選択されるであろう。
【００６８】
例えば膜をコアに巻きつけることにより膜をつけることができる。膜をコアに数回巻きつけることができ、従ってコアは、例えば、２、４またはそれ以上の膜の層により包囲されるであろう。
【００６９】
本発明において用いることができる膜の例は Gore Preclude（登録商標）膜である。延伸ポリテトラフルオロエチレンからなる心膜であり、０．１ｍｍの厚さと１μｍ未満の細孔径を有する。
【００７０】
このようなさらなる保護層の使用の結果として上記した膨出はよりさらに低減されるであろう。というのは織布エンベロープに存在するだろう小さな開口は保護層により「閉ざされる」ためである。
【００７１】
保護層として約１ｎｍないし１００μｍの細孔径を有する透析膜若しくは他の膜またはフィルムを用いることにより特に低い程度の膨出を得る。細孔径を、例えば、織布エンベロープのメッシュサイズおよびヒドロゲル材料の種類に基づいて適切に選択する。
【００７２】
このような保護層をラップエンベロープを有するプロテーゼにおいて用いた場合には、使用中の荷重下で繊維の巻きが離れていき、従って開口が形成されるという状況が起こるであろう。結果として、圧力が保護層に加わると、おそらく保護層はゲル材料が膨出することを招くであろう。保護層はこのような圧力に耐えるにはあまりに弱いため、保護層は圧力下で裂けて、これは望ましくない。その結果、膜のような保護層のこの層にラップたエンベロープとの使用はゲル材料がコア部分として用いられる場合に避けられない荷重に十分に耐えることができない。
【００７３】
本発明による織ったエンベロープは好ましくは大きくても１ｍｍ２のメッシュサイズを有する。「メッシュサイズ」という語は織り材料の種々の糸（繊維）間の開口のサイズを意味するものと理解される。この範囲を超えるメッシュサイズを用いると、ゲル材料が膨出するリスクが高まるであろう。しかし、場合により追加の保護層との組合せにおいてはより大きいメッシュサイズを用いることもできる。しかし、メッシュサイズはステッチ密度および用いる繊維の太さの両方によって決まることは明らかであろう。
【００７４】
好ましい実施形態において、編んだエンベロープは１インチあたり少なくとも１５ステッチ（１ｃｍあたり６ステッチ）、好ましくは１インチあたり少なくとも２０ステッチ（１センチメートルあたり８ステッチ）、および特に１インチあたり少なくとも２５ステッチ（１センチメートルあたり１０ステッチ）、または１インチあたりちょうど５０のステッチ（１センチメートルあたり２０ステッチ）のステッチ密度を有する。より小さいステッチ密度を用いると、ゲル材料が膨出するリスクがより高くなるであろう。しかし、場合によってさらなる保護層と組み合わせて、より小さなステッチ密度を用いることができる。異なるステッチ密度をエンベロープの長手方向および横手方向において用いてもよい。
【００７５】
織ったエンベロープは織物の１つ以上の層からなっていてよく、これらの層はコア周りに同時にまたは別々に付けられる。エンベロープの層が別々に付けられる場合には、層を別々に閉じることができる。１層以上の層が付けられる場合には、種々の層の寸法を互いに正確に適合させること、すなわち層が互いにぴったりと接することが主として重要である。要するに、１つの層がかなりより小さい場合には、この層は最大荷重を支えることとなり、これは全体的な強度の理由で望ましくない。
【００７６】
好ましくは、織ったエンベロープは少なくとも２つの織った層からなる。そこに加えて、他の層が存在していてもよい。織った層は、例えば繊維の種類、繊維の太さ、コーティング加工、メッシュサイズ等に関して互いに同じでも異なっていてもよい。プロテーゼは少なくとも２つの層を有しているため、単層エンベロープと比較して高い安全水準を有している。というのは、少なくとも２つの層は万一１つの層が損傷してもヒドロゲルが膨出することを依然として防ぐためである。少なくとも２つの織った層からなるエンベロープを備えるプロテーゼはさらにより大きな荷重に耐えることができる。本発明によるプロテーゼは安全であるため、完全な椎間板（髄核および線維輪）用のプロテーゼとしての使用に適する。
【００７７】
本発明の好ましい実施形態において、エンベロープの少なくとも２つの織った層を接続する。織った層を接続することにより、エンベロープに及ぼされる力を２つの織った層に分布させ、従ってプロテーゼの層は比例的に荷重に耐えることができる。結果として、応力はエンベロープの種々の織った層に均一的に分布し、有利である。
【００７８】
個々の織った層を層として異なる織物を用いることにより、または一続きに、例えば長いチューブ（以下を参照のこと）に作製される織物をコアに数回巻きつけることにより形成することができ、この結果複数の層を形成する。
【００７９】
（１層以上の）エンベロープをコア周囲に設けられる柱状の織物の形態で与えることができ、その後にシリンダー状の織物の２つの開口端を、例えば縫うことにより閉じる必要がある。
【００８０】
またチューブ状の織物を設けることもでき、この織物はコア周囲に層状に好ましくは配置され、チューブ状の織物を回転させることにより１つの開口面に対して閉ざした後に、すぐにチューブ状の織物をコア上で逆方向に引き下げて、エンベロープの第２の層、場合によって、この手法を繰り返すことにより、１層以上のさらなる層を設け、この第２層は第１層に直接的に接続し、その結果として応力はエンベロープの種々の層上により均一に分布する。
【００８１】
本発明の好ましい実施形態において、１種以上の層は継ぎ目がない。より特には、存在するすべての層は継ぎ目がない。継ぎ目の存在は織布層を部分的に弱まり、これはあまり望ましくない。しかし、継ぎ目が異なる場所に位置するより多くの層が存在する場合には、継ぎ目の存在がプロテーゼを弱めない可能性がある。継ぎ目がないと層はより強くなり、従ってより強いエンベロープをもたらす。
【００８２】
好ましくは、コアとエンベロープとの間に柔軟性に劣る部分を与える。
【００８３】
本発明の他の好ましい実施形態において、コアは外側面により接続される低部と上部を有する扁平な本体形状を有する。従って、これは円板または扁平な球形である。プロテーゼが人工椎間板として用いられる場合にこのような形状は特に最適である。というのは、自然の椎間板の形状をこのようにして模倣するからである。コアの形状は問題となる用途によって適合させる。
【００８４】
本コアが扁平な球形の形状を有する実施形態において、本発明者等はこの理論に拘束されることを望まないが、コアの異方性膨潤が起こる可能性がある。エンベロープのサイズの増大は不可能に近いが、その形状はより円形になる可能性がある。球形は平らな形状と比較してより高い体積／面積比を有し、従って本プロテーゼは比較的多く軸方向膨潤を示すことが考えられる。このことは、椎骨の端部においてプロテーゼが膨出することを防止することにおいても有利である可能性がある。
【００８５】
他の実施形態において、本コアは自然の椎間板の形状を有する、すなわち、一端がもう一端と比較してより厚い（いわゆる楔形）である。さらに、例えば腰椎椎間板用のプロテーゼとして用いる場合に、本プロテーゼ、すなわちコアおよび柔軟性に劣る部分は腎臓形であろう。コアは椎骨の形状に沿うように形作られていてもよい。
【００８６】
柔軟性に劣る部分がコアの一端または両端に存在する場合に好ましい。このことの利点はプロテーゼを上記柔軟性に劣る部分を用いて体内に、例えば１つまたは２つの椎骨に固定することができ、この間でプロテーゼは人工椎間板として位置することである。
【００８７】
人工椎間板として用いられる本発明によるプロテーゼの一端または両端に対する椎骨の良好な接着を確実にするために、柔軟性に劣る部分がコアの底部側および／または上部側の少なくとも一方に与えられると好ましい。
【００８８】
より特には、柔軟性に劣る部分はいわゆる終板としての機能を果たす。このような終板を椎間板に面する椎骨の面にプロテーゼを取り付けるために用い、荷重がかかった際にプロテーゼが体内で動くことを防ぐ。１つの実施形態において、このような終板は薄い柔軟な板であるが、これはコアと比較すると柔軟性に劣る。
【００８９】
インプラント後、薄い柔軟な板を膨潤したまたは膨潤するコアの圧力下で隣接する骨に押しつける。柔軟な板は上記圧力下で隣接する骨の輪郭に実際に沿うことを可能にするだけの柔軟性はある。柔軟な板は骨の輪郭をとることができるため、プロテーゼを隣接する骨部分間に適切に固定することができる。その結果、隣接する椎骨に対しプロテーゼがシフトするリスクは完全になくならないまでも低くなり、これは適切に機能的であるプロテーゼを実現するために必要である。さらに、良好な骨−プロテーゼ接触は荷重に供された際に骨上での力のより比例する分布をもたらすために、上記押し付け固定は有利である。このことは骨および／またはプロテーゼ上での損傷または過剰摩耗のリスクを低減する。
【００９０】
織ったエンベロープがコアのゲル材料および１つ以上の終板を包囲する結果、このような終板は織ったエンベロープ内に与えられる。結果として、終板とコア材料との間の良好な接着を得て終板のコア材料からの分離を防止する。好ましくは、柔軟な終板を用いる。
【００９１】
終板がエンベロープ内に配置され、コアと終板との間の良好で単純な接着のため、迅速な初期固定をエンベロープと骨との間のあらゆる接触領域を失うことなく実現することができ、したがって骨成長のための最大領域も確保されたままである。
【００９２】
本発明の１つの実施形態においては、織った層をヒドロゲルコア周囲に最初に設ける。その後１つの閉じた端部を有するチューブ状織物をコアまわりに配置させる。続いて、例えば終板として、中央開口を有する、柔軟性に劣る部分をチューブ状織物に移動させてチューブ状織物を折り返して、このようにして終板を包む。
【００９３】
本発明の１つの実施形態において、１つの閉じた末端を有するチューブ状織物をコアのまわりにまず配置する。チューブ状織物をその長手軸に旋回させて固定する。続いて中央開口を有する、例えば終板の形態の柔軟性に劣る部分をチューブ状織物上で滑らせる。チューブ状織物を折り返して、このようにして終板を取り囲む。
【００９４】
柔軟性に劣る部分をエンベロープの２つの層間に配置した場合には、その結果、中央開口を備えた環状の柔軟性に劣る部分を用いることもできる。その際このような環状部位（この部位は中央開口を有する腎臓形状または卵形であってもよい）を第２層に配置させ、ここで第２層をエンベロープの開口部を通って折り返しおよび場合によって、折り返した後に、第２層に取り付ける。その結果、柔軟性に劣る部分は第２のコンベヤがエンベロープを全体として取り囲むという点でプロテーゼの適切な位置に固定される。さらに、第２の柔軟性に劣る部分を同様にプロテーゼの反対側に取り付けることができる。この場合、第１の柔軟性に劣る部分を設けた後に形成される折り返した部位をプロテーゼの反対側に引きとおす。続いて、第２の柔軟性に劣る部分を反対側の折り返した部位に位置させて、ここで折り返した部位を再び第２の部位の中央開口を通して折り返す。その後に折り返した部分を下層に付着させることができる。
【００９５】
本プロテーゼの好ましい実施形態において、エンベロープは取り付け器具を備える。この取り付け器具はピンを備えた金属格子またはプレートからなるであろう。このような取り付け器具をプロテーゼがインプラントされた体内で、例えば椎骨または他の関節にプロテーゼを固定するために終板に加えてまたは終板に代えて用いることができる。
【００９６】
エンベロープ内に存在できる任意の接続要素または取り付け器具を取り付けることは、従来技術に従うラップ構造と比較してより容易でかつより信頼性がある。巻線は他の巻線に対してシフトすることがあり、および接続要素は巻線に沿ってより容易にシフトする可能性がある。この結果プロテーゼの移動のリスクは従来技術によりインプラントされたプロテーゼと比較して低下する。
【００９７】
好ましくは、取り付け器具は金属を含み、特にこれらは、例えばチタンまたはステンレス鋼の金属部品から作製されている。このような金属部品は、望ましい場合にはヒドロキシアパタイトコーティングのようなコーティングを備えていてもよく、これは骨癒合と骨成長を促す。金属の使用は非常に強く耐久性のある結合をもたらし、これは荷重下でも損なわれないままであろう。
【００９８】
本発明の好ましい実施形態において、望ましい場合には、繊維はヒドロキシアパタイトコーティングのようなコーティングを備えていてもよく、これは骨癒合と骨成長を促す。このコーティングは好ましくは骨との接触に加わる繊維部分にのみ好ましくは施される。
【００９９】
好ましい実施形態において、取り付け器具はビード、クランプおよび釘およびこれらの組み合わせからなる群より選択され、これを織ったエンベロープ中にまたはエンベロープを通して与えることができ、またこれは例えば、プロテーゼを取り付けることとなる関節または椎骨の表面に取り付けるまたは挿入することができる。上記隣接骨材料への挿入は本プロテーゼの膨潤力のためになめらかに行うこともできる。取り付け器具を備える織ったエンベロープを備える本プロテーゼが関節に部分的にまたは完全に脱水した状態でインプラントされた場合には、水の吸収によりプロテーゼは体内で膨潤するであろう。上記膨潤圧力の結果として、取り付け器具、例えば釘は隣接の骨材料中に押し込まれてここへのプロテーゼの結合取り付けを実現するであろう。
【０１００】
このような取り付け器具を織ったエンベロープの製造中および製造後の両方ですでに完成したプロテーゼに与えることができる。
【０１０１】
前者の場合、例えばビードおよび／またはクランプを機織り、編み、スプール編み、紐編み、ブレーディング、ボビンレース編み等の際に取り込む。この利点は取り付け器具がエンベロープと一体化し、つまりそのため織ったエンベロープにおよびプロテーゼに分離することなく接続されることである。
【０１０２】
後者の場合、例えば釘はすでに製造された織ったエンベロープを通して与えられる。この利点は織ったエンベロープを単純な様式で釘を用いることなく製造できること、および釘をコアの水和の際に骨に押し込むことである。
【０１０３】
２つの上記技術の１つの選択は個々の状況によって決まるであろう。
【０１０４】
本発明はさらにゲル材料からなるコアがエンベロープを備え、織ったエンベロープを準備することを特徴とする方法に関する。
【０１０５】
このような方法の利点はこのようにして得られるプロテーゼは耐久性、インプラント能力、疲労特性に関して優れた性質を示し、および膨出しないことである。
【０１０６】
好ましくは、織ったエンベロープはコアと別に製造し、その後コアをエンベロープに移す。エンベロープは上記したように、例えば機織り、編みまたはスプール編みにより作製され、コアをこのように形成されたエンベロープ中に配置し、その後エンベロープを閉じる。
【０１０７】
他の好ましい実施形態において、織ったエンベロープをその場でコア周りに配置させる。この実施形態において、エンベロープは上記したようにコア周りに編まれ、織られまたはスプール編みされ、例えばまたはコアを編み、織り、またはスプール編み中の中間でエンベロープ中に配置し、その後エンベロープを完成させる。一般的にこのことはコアとエンベロープとの間のより良い密着を実現することができる。
【０１０８】
特に、ヒドロゲルは部分的にまたは完全に脱水した状態に調整され、言い換えれば、織ったエンベロープ中に配置する前に完全に膨潤した状態にはない。このことの利点は、部分的にまたは完全に脱水したヒドロゲルは十分に水和したヒドロゲルよりも体積が低く、従ってより容易に外科的にインプラントすることができ、靭帯の伸びは最小限で、従って術後の合併症も低く、およびリハビリ期間はより短いということである。織ったエンベロープは上記部分的にまたは完全に脱水した、言い換えれば完全には膨潤していないヒドロゲルのコアの周りに適切に密着して提供される。
【０１０９】
インプラント後、体内に存在する水の吸収はヒドロゲルを水和させてその最終的な十分に水和した形態を生じさせるであろう。この十分に水和した形態において、好ましくは椎骨との最適な接触部を得るように椎骨間の空洞の形状を取りながら、最適強度を確実にするように織ったエンベロープをぴったりと密着させてヒドロゲル周囲に配置させ、張力を受けることが好ましい。ヒドロゲルはインプラントされた後になって水和されるために本発明はこのことを可能にする。織ったエンベロープをヒドロゲル周囲に取り付けることを確実にするために、モル濃度に関してインプラント部位における体液に相当するこの食塩水中での織ったエンベロープのサイズをチェックすることが好ましい。
【０１１０】
本発明は椎間板を置き換えるときの本プロテーゼの使用にも関する。髄核および全体または部分的な線維輪をその場合には取り除いて本プロテーゼにより置き換える。
【０１１１】
本発明は椎間板の髄核を置き換えるときの本プロテーゼの使用にも関する。その場合において髄核だけ線維輪から取り除き、本プロテーゼを残った線維輪中に挿入する。
【０１１２】
本プロテーゼの他の用途はひざにおける半月版の置換である。
【０１１３】
本発明の用途はこれに限定されず、一方、他の用途、例えば一般に軟骨組織の置換も可能である。
【０１１４】
本発明のさらに好ましい実施形態を特許請求の範囲に明示する。プロテーゼに関しての好ましさは方法にも当てはまり、逆もまた同様である。
【０１１５】
本発明を複数の限定しない例を用いて以下により詳細に説明する。例において、３つの変数、すなわち１）コア材料の組成（シリコーンゴムまたはヒドロゲル材料）、２）エンベロープに用いられる繊維の耐引張性または非耐引張性、および３）エンベロープを設ける様式（ラップエンベロープまたは織ったエンベロープ）を用いる。
【０１１６】
本発明のコア材料はゲル材料であり、好ましくはヒドロゲルである。それに加えて、他のゲルでない材料、すなわちシリコーンゴムを比較例中に記載する。
【０１１７】
比較例および例において耐引張性または非耐引張性の繊維を用い、この単語の意味は上記した。
【０１１８】
最後の変数はエンベロープ、すなわち織ったエンベロープまたはラップエンベロープを問わず作製する方法に関する。織ったエンベロープの場合、織ったエンベロープおよび編みエンベロープの間の例の区別をなす。
【０１１９】
比較例１
ヒドロゲルのコアを非耐引張性繊維でラップする。このプロテーゼを複数の試験に供し、その結果を以下の表に示す。
【０１２０】
比較例２
シリコーンゴム材料のコアを非耐引張性繊維でラップする。このプロテーゼを複数の試験に供し、この結果を以下の表に示す。
【０１２１】
比較例３
ヒドロゲルのコアを非耐引張性繊維の織ったエンベロープ中に入れる。このプロテーゼを複数の試験に供し、この結果を以下の表に示す。
【０１２２】
比較例４
シリコーンゴムのコアを非耐引張性繊維の織ったエンベロープ中に入れる。このプロテーゼを複数の試験に供し、この結果を以下の表に示す。
【０１２３】
比較例５
ヒドロゲルのコアを耐引張性繊維でラップする。このプロテーゼを複数の試験に供し、この結果を以下の表に示す。
【０１２４】
比較例６
シリコーンゴムのコアを耐引張性繊維でラップする。このプロテーゼを複数の試験に供し、この結果を以下の表に示す。
【０１２５】
比較例７
シリコーンゴムのコアを耐引張性繊維の織ったエンベロープに入れる。このプロテーゼを複数の試験に供し、この結果を以下の表に示す。
【０１２６】
例１
ヒドロゲルのコアを耐引張性繊維の織ったエンベロープに入れる。このプロテーゼを複数の試験に供し、この結果を以下の表に示す。
【０１２７】
例２
ヒドロゲルのコアを耐引張性繊維の編みエンベロープに入れる。このプロテーゼを複数の試験に供し、この結果を以下の表に示す。
【０１２８】
例３
コアはイオン化ヒドロゲルからなる。４層のGore Preclude（登録商標）（Gore Medical, USA）を上記コアの全体を覆って配置させ、これらの層にわたって順番に３層の織ったエンベロープを配置する。織ったエンベロープは１ｍｍ未満の細孔径を有する Dyneema（登録商標））繊維(DSM, Netherlands)の編みエンベロープ（「ジャケット」）である。
【０１２９】
ヒドロゲルを製造するために、最初にゲル混合物をヒドロキシエチルメタクリラート（ＨＥＭＡ）、ナトリウムメタクリラート（ＮａＭＡ）、蒸留水、ポリエチレングリコールジメタクリラート５５０Ｍｎ（ＰＥＧ２Ｍａ架橋剤）、および２，２’−アゾビス−（２-メチルプロピオン−アミジン）−ジヒドロクロリド（重合開始剤）から作る。モル比では、ゲルの組成はＨＥＭＡ（１８モル）、ＮａＭＡ（２モル）、Ｈ２Ｏ（７９．９３モル）、架橋剤（０．０４モル）、重合開始剤（０．０３モル）である。
【０１３０】
混合物を次の通り調製する。まずＮａＭＡを定量の水に加えて撹拌しながら溶解させる。その後、ＨＥＭＡ、架橋剤および重合開始剤を次第に加えて、撹拌は添加毎後に行なう。最後の添加後に、全混合物を１時間撹拌する。
【０１３１】
予め形成した発泡体ピースをシリンダー状のモールド内に配置する。混合物を真空を用いてモールドに引き込み、従って予め形成した発泡体中に引き込む。続いてモールドを４５℃の水浴中に入れる。このようにしてゲルを一晩で重合させる。重合したゲルを高濃度食塩水中に入れ、残ったモノマーを流すようにし、食塩水が浸透作用によりゲルから水を吸い出す結果としてゲルは可能な限りサイズを縮める。
【０１３２】
本プロテーゼのコアは、ゲルがあらゆる面で膜の４つの層により包まれるように、１２×１２ｃｍの寸法を有する膜をジグザグにゲルの全面にわたって折り重ねることにより形成される。
【０１３３】
その周りに、ストッキングのように編まれているエンベロープを、エンベロープをコアにかぶせることにより当て、開口端を回転させて開口端を閉じる。ストッキングの残りの部分を折り畳んで再びコアのまわりに配置させる。この手法を再度行い、最後の端部を Dyneema（登録商標）繊維により縫い付けて閉じる。低張食塩水中に全体としてこれを置くことにより剛性を与え、その結果としてヒドロゲルは水の浸透吸収を通じて膨らみ、エンベロープは張力を受ける。
【０１３４】
試験
以下の試験を比較例および例１および２で行い、どの程度プロテーゼが所要の性質を有するかを示した。試験の結果を表１に示す。
【０１３５】
Ａ）「疲労抵抗」という語はプロテーゼが大きい荷重にどの程度抵抗するかを示し、従ってプロテーゼの耐用寿命を示す。
【０１３６】
Ｂ）「インプラントの容易さ」という語は術中に外科医により人工椎間板をインプラントすることができる簡単さを意味すると理解される。この特徴は、他の因子の中でも、プロテーゼのサイズ、柔軟性、エンベロープおよび膨潤容量によって決まる。
【０１３７】
Ｃ）「膨潤容量」という語は、一方でコアの水吸収容量のため高い内部圧力を生じる能力を意味し、他方でエンベロープの剛性を意味することが理解される。
【０１３８】
Ｄ）「膨出しない」という語はコア材料が荷重を受けた際にエンベロープに留まる程度を示す。
【０１３９】
Ｅ）「磨耗性」は互いに擦れあう繊維により引き起こされる磨耗の程度を指し、低程度の磨耗は磨耗性に関して高スコアをもたらす。
【０１４０】
Ｆ）「骨癒合」という語は体内でのプロテーゼへの骨の接着の容易さと程度を意味するものと理解される。
【０１４１】
表１から、織ったエンベロープはラップエンベロープと比較して膨出および耐久性に関しての改善をもたらすことも明らかである（例えば比較例５および比較例１を参照のこと）。
【０１４２】
上記の表からさらに、耐引張性繊維は、非耐引張性繊維と比較して疲労および磨耗性に関する改善をもたらすことも明らかである（比較例３および例１を参照のこと）。
【０１４３】
上記表から、編みエンベロープの使用は織ったエンベロープの使用よりも膨出しないことおよび磨耗性に関してより良い結果を与えることが明らかである（例１および例２を参照のこと）。これに対する説明は、編みにおいては１本の糸のみが用いられるが、織りにおいては複数の糸が用いられることであろう。
【０１４４】
表からｉ）コア部分用のゲル材料、ｉｉ）コアエンベロープ用の織物、およびｉｉｉ）織ったエンベロープ用の耐引張性繊維の使用の態様の組み合わせが特に本発明によるプロテーゼについての疲労抵抗、インプラントのしやすさ、膨潤容量、磨耗性および膨出しないことに関しての優れた性質を与えることが明らかである。
【表１】
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【０１４５】
例１によるプロテーゼを静荷重および動荷重下で試験した。この試験の前に、乾燥状態にあるプロテーゼを３７℃の０．１５ＭのＮａＣｌ水浴中に入れて２００Ｎの荷重、リクライン休息（睡眠）姿勢におけるヒトの平均荷重下で膨潤させる。静荷重試験については、プロテーゼを人体における最大荷重（すなわち約８ｋＮ）をはるかに超える荷重である１５ｋＮまで、１０回圧縮した。静荷重結果を表１に示す。プロテーゼの損傷は観察されなかった。プロテーゼのあらゆる故障を図において同じ伸び量における急激な力の減少と定義する。これは観察されず、つまり故障は生じない。
【０１４６】
例３によるプロテーゼを疲労試験（858 Mini Bionic H Test Systems MTS Systems Corporation, USA）にも供した。この試験中、プロテーゼに１０Ｈｚの振動数（frequency）で６００ないし６０００Ｎの荷重により動的に荷重をかけた。プロテーゼの膨潤性およびクリープ性のため、プロテーゼに毎日１６時間動的に、および静的に、２００Ｎにおいて、毎日８時間荷重をかけると含水量が回復し、体内における椎間板の挙動を模倣する。１０００万サイクル後、プロテーゼは２００Ｎの荷重下で再び膨らむことができるだろう。故障を前日の比較され得る時間に関しての圧縮または回復期（試験中の最小厚さおよび最大厚さ）の終わりにおけるプロテーゼの厚さの少なくとも１０％の減少として定義する。１０００万サイクル後、プロテーゼの損傷がなく、プロテーゼの動的挙動における有意な変化がないことが観察された。
【０１４７】
動的挙動における振動数の影響も調べた。例３によるプロテーゼはそのためにまず１１００Ｎにおける静荷重を受け、ここではクリープは起こらなかった。平衡後、プロテーゼに異なる振動数にて０ないし２０００Ｎで荷重をかけた。図３から本プロテーゼは典型的な粘弾性挙動を示すことを導くことができた。振動数を増やした場合に、粘性部分は比較暦小さくなり、プロテーゼはより弾力的にふるまい始める。クリープ中に、水が搾り出されて剛性が増すことを図４から導くことができる。
【０１４８】
さらに、１３００Ｎ下でのクリープ中の剛性を測定した。例３によるプロテーゼはそのために１Ｈｚの振動数において、１３００Ｎでの静荷重条件中毎時ごと６００ないし２０００Ｎに動的に荷重をかけた。図４は水の流出の結果としてクリープ中に厚さが減少すること、および剛性が高まることを示す。椎間板とまさに同様に、含水量が低下する際に軸方向剛性が高まる。
【０１４９】
上記結果は本プロテーゼが自然の椎間板のものに匹敵する挙動を示すことを明らかにし、また本プロテーゼは強く耐久力があるため、本発明の１つ以上の上記目的を達成することを示す。例３のプロテーゼの剛性は１ないし２０ｋＮの程度にあり、用いた比較的高い荷重および小さなサイズを考慮に入れると、自然の椎間板の剛性の程度に匹敵する。剛性をゲルが最大限に膨潤することができる場合には、ヒドロゲルそれ自体、すなわちエンベロープを有さないものと比較することもできる。弾性率は０．３ＭＰａであり、０．１５Ｍの同じ食塩水中で圧縮試験を行なうことにより測定した。このことは本例におけるようにエンベロープを用いることにより、全プロテーゼの剛性はヒドロゲルのみを用いた場合よりも少なくとも１０倍より高いことを意味する。
【０１５０】
上記静荷重および動荷重試験は本プロテーゼが自然の椎間板と同じ挙動を示し、プロテーゼは丈夫で耐久力があることを示し、従って本発明の１つ以上の上記目的を達成する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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