(57)【要約】  大腿顆および脛骨顆の関節軟骨に対する損傷を予防し、それにより、変形性関節症の累進的な進行を停止させるために、劣化した生来の半月の代わりに植え込まれる人工膝半月であって；前記人工半月が、中空の形態に作製され、硬化可能な重合体を注入することによって植え込み後に膨張して前記大腿顆および前記脛骨顆と調和する形状になり；前記大腿顆の表面および前記脛骨顆の表面に合うようにサイズ設定され；強度および耐久性のために内部補強材を有し；生来の半月と同様のエラストマーの特徴を有する材料から作製され；滑液による潤滑の効率を改善し支持面の摩耗の特徴を強化するように化学的および／または物理的に処理された支持面を有し；前角および後角のアンカー留めおよび二次的位置決め要素の設置によって関節内部空間内での平行移動が制限される、人工膝半月。
2014508555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿顆および脛骨顆の関節軟骨に対する損傷を予防し、それにより、変形性関節症の累進的な進行を停止させるために、劣化した生来の半月の代わりに植え込まれる人工膝半月であって；前記人工半月が、硬化可能な重合体を注入することによって植え込み後に膨張して前記大腿顆および前記脛骨顆と調和する形状になる中空の形態に作製され；前記大腿顆の表面および前記脛骨顆の表面に合うようにサイズ設定され；強度および耐久性のために内部補強材を有し；生来の半月と同様のエラストマーの特徴を有する材料から作製され；滑液による潤滑の効率を改善し支持面の摩耗の特徴を強化するように化学的および／または物理的に処理された支持面を有し；前角および後角のアンカー留めおよび二次的位置決め要素の設置によって関節内部空間内での平行移動が制限される、人工膝半月。
【請求項２】
前記前角および前記後角の端部には、適切な合金材料から作製された固定プレートが組み込まれており、前記固定プレートが、前記固定プレートを貫通して前記脛骨近位部分の表面に至る適切な留め具によって前記生来の半月の挿入点に適位置に固定されており、前記脛骨近位部分の表面には前記プレートを収容するために必要に応じて凹所が作られている、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項３】
前記二次的位置決め要素が、前記半月に固定された位置決めストラップおよび前記脛骨に固定されたアンカーの形態をとる、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項４】
前記前角および後角および前記位置決めストラップが、前記角および前記位置決めストラップの材料に完全に封入され１０から５０パーセントの範囲の弾性的な伸長を可能にする１つまたは複数の層の補強材によって強化された、適切な生体適合性エラストマーから作製される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項５】
前記補強材が、アラミドまたはパラアラミドなどの可撓性材料から作製され適切な引張強さおよび０．０１から１．０ミリメートルの範囲の厚さを有するモノフィラメントまたは紡績もしくは編組したマルチフィラメント撚糸の形態をとり、前記補強材が、弛緩した状態ではほぼ正弦波状の形態を用いており、１．０から６．０ミリメートルの範囲の波長および振幅を特徴としている、請求項４に記載の人工膝半月。
【請求項６】
前記補強材が前記半月中を通り前記半月との強固な連結部を形成する、請求項４に記載の人工膝半月。
【請求項７】
前記補強材が前記固定プレートおよび前記アンカーの適切な開口を通り、前記補強材自体の上に２重に重なって前記角と前記プレートとの間および前記位置決めストラップと前記アンカーとの間に強固な連結を形成し、前記固定プレートおよび前記アンカーの前記開口が、前記補強の擦過を防止するように丸い縁部を有するように作製される、請求項２および３に記載の人工膝半月。
【請求項８】
脛骨上関節面の縁部から任意選択で骨を取り除いて前記アンカーの固定のための付着面を設け、前記アンカーが前記脛骨上関節面の縁部の上方に突出する、請求項３に記載の人工膝半月。
【請求項９】
前記位置決めストラップが、通常は生来の半月を滑膜に接合する靭帯による連結部によって占められているほぼ環状の領域に配置される、請求項３に記載の人工膝半月。
【請求項１０】
前記位置決めストラップが、ほぼ中心に（内側に）位置する単一の点において前記半月に固定され、前記位置決めストラップの端部が前記アンカーに固定され、前記アンカーが前内側位置および後内側位置において脛骨上関節面の縁部に固定される、請求項３に記載の人工膝半月。
【請求項１１】
前記位置決めストラップの前記端部が前内側位置および後内側位置において前記半月に固定され、前記位置決めストラップの中心点が単一の前記アンカーに固定され、前記アンカーが前内側位置において脛骨上関節面の縁部に固定される、請求項３に記載の人工膝半月。
【請求項１２】
平行移動が膝関節の最大の屈曲１２０度に対応する範囲に制限される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項１３】
前記人工膝半月がそれから作製される前記ベース材料が、６０から９５の範囲のショアＡ硬度を有する適切な生体適合性および生体安定性のあるエラストマーである、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項１４】
前記ベース材料が、シリコン−ポリエーテルウレタンまたはシリコン−ポリカーボネートウレタン、ポリテトラメチレンオキシド（ＰＴＭＯ）またはヒドロキシル基を末端にもつ脂肪族ポリカーボネートと共に重合体のソフトセグメントにポリジメチルシロキサン（ＰＳＸ）を組み込むことによって分離された高強度の熱可塑性エラストマーであり、ハードセグメントが、低分子量グリコール鎖延長剤を有する、芳香族ジイソシアナート、ＭＤＩから構成され、共重合体鎖が、シリコンまたは他のＳｕｒｆａｃｅ−Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ  Ｅｎｄ  Ｇｒｏｕｐｓで終端する、請求項１３に記載の人工膝半月。
【請求項１５】
前記ベース材料が熱可塑性のポリウレタンエラストマー（ポリエーテル）である、請求項１３に記載の人工膝半月。
【請求項１６】
前記ベース材料の共重合体鎖が、シリコンまたは他のＳｕｒｆａｃｅ−Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ  Ｅｎｄ  Ｇｒｏｕｐｓで終端する、請求項１３に記載の人工膝半月。
【請求項１７】
前記半月が、国際公開第２００８／１４０７０３（Ａ２）号パンフレットにおいてＫｅｅｌｅｙらによって教示されているタイプの合成ポリペプチド材料から作製され、前記材料が、架橋に関与する少なくとも３つの連続的βシート／βターン構造および少なくとも１つの架橋性アミノ酸残基を含み、前記架橋性残基が前記βシート／βターン構造とは異なり、各ポリペプチドの５００アミノ酸長が１５０と５００との間にあり；かつ／または各βシート構造が３から約７のアミノ酸残基を含んでよく；かつ／または前記架橋ポリペプチドの前記アミノ酸配列は同一であるかまたは異なり；かつ／または前記材料がさらに、動物性材料、合成材料、または金属などの補強材料を含み；かつ／または前記材料がさらに非タンパクの親水性重合体を含み；かつ／または前記材料がさらに、ヒアルロナン部分などのグリコサミノグリカン部分を含み；かつ／または前記材料が、架橋ポリペプチドとグリコサミノグリカン部分の混合物を含み；かつ／または前記架橋ポリペプチドが、グリコサミノグリカン部分に共有結合でリンクし；かつ／または前記材料が固体であり、パッド、シート、および靭帯様の構造の形態でよい、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項１８】
前記半月がそれから作製される前記ベース材料が、親水性重合体材料（ヒドロゲル）であり、疎水性の共重合用単量体を組み込むことによってまたは架橋の程度を上昇させることにより、親水性単量体の比率の低下によって吸水率は低下し堅さは上昇しており、前記人工半月が、任意選択で、任意選択で、モノリシックに、または硬度が高いなど、異なる特徴を有する同様の材料の被覆を有するように作製される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項１９】
前記半月がそれから作製される前記ベース材料が、ポリメタクリル酸ヒドロキシエチルなどのメタクリル酸塩およびアクリル酸塩をベースとするもの；ポリビニルアルコール；コラーゲン、メチル化コラーゲン、またはコラーゲン化合物と架橋したアルブミンなどのタンパク質、およびナイロン６およびポリウレタン（Ｂｉｏｐｏｌ）などの縮合重合体を有する共重合体との化合物を含むポリエチレングリコール；ポリエチレンオキシド；またはポリビニルピロリジノンもしくは加水分解型ポリアクリロニトリル（Ｈｙｐａｎシリーズのヒドロゲル）など、アクリルアミドもしくはポリアクリルアミドである、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項２０】
前記半月がそれから作製される前記ベース材料が、コラーゲン、アルギン酸塩、およびカラゲニンなどの自然の親水性重合体の変形型；またはカルボキシルメチル−セルロースナトリウム、およびヒドロキシエチル、およびヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロースの誘導体化によって作られるものである、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項２１】
前記半月がそれから作製される前記ベース材料が、Ｉ型、ＩＩ型、およびＩＶ型のコラーゲン；ゼラチン；アガロース；プロテオグリカン、グリコサミノグリカン、または糖タンパク質を含有する細胞収縮コラーゲン；フィブロネクチン；ラミニン；生物活性のペプチド増殖因子；サイトカイン；エラスチン；フィブリン；ポリ乳酸、ポリグリコール酸、またはポリアミノ酸、ポリカプロラクトンまたはポリアミノ酸などのポリ酸から作製される合成高分子繊維の共重合体および化合物である、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項２２】
前記半月がそれから作製される前記ベース材料が、任意選択で、エレクトロスピニングを含む当技術分野で知られた様々な方法によって作られるコラーゲン超微小繊維で補強される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項２３】
最終のサイズ設定および形状設定が、そのために作製または選択されたモールド型で行われ、前記モールド型が、前記半月の上側支持面および下側支持面上にガラス仕上げを提供するように処理される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項２４】
第１の前記内部補強材が、さらに引張強さをもたらすように前記中空形態の壁全てに埋め込まれたシート補強材料の形態をとる、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項２５】
第２の前記内部補強材が、補強材料の１つまたは複数の内部パネルの形態をとり、前記内部パネルが、前記中空形態の内部に配設され、前記半月の外側の壁に前記埋め込まれた補強材料に外側縁部で固定され、それらが接合され埋め込まれる位置である前記半月の内側縁部に集束し、第２の前記補強材が、関節からの前記人工半月の押し出しを最小限に抑えるように働く、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項２６】
前記内部補強材が、厚さが０．００５から０．１ミリメートルの範囲のアラミドフィルムまたはパラアラミドフィルムの形態をとる、請求項２４および２５に記載の人工膝半月。
【請求項２７】
前記補強材料の厚さおよび広さが、前記半月内の位置に従って変わる、請求項２４および２５に記載の人工膝半月。
【請求項２８】
前記補強材料が複数の開口を備え、前記開口が、前記半月のベース材料との埋め込まれた前記補強材料の係合を強化し、人工半月の前記中空の内部に注入された前記硬化可能な樹脂の分配を容易にする、請求項２４および２５に記載の人工膝半月。
【請求項２９】
前記開口が、任意の適切な形状のものであり、前記シート材料に加えられる径方向および円周方向の荷重を十分に搬送できる完全な領域を残すような配置のものである、請求項２８に記載の人工膝半月。
【請求項３０】
より良好な微小弾性流体潤滑を実現するために、前記半月の前記支持面のいずれかまたは両方が、より軟質でより柔軟なベース材料の薄層を備え、前記前記薄層の厚さが０．１から２．０ミリメートルの範囲にある、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項３１】
前記人工半月の角が、任意選択で、前記人工半月の形状をある程度制御するようにウェブによって接合され、前記ウェブの内側縁部が、前記半月の内側縁部と一緒になって概して円形の開口を作るように形成される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項３２】
前記ウェブが、任意選択で、適切に補強されゼロから２０パーセントの範囲の最大の弾性的な伸長を有する多孔質または有孔質に作製され、前記半月、前記角、および前記ウェブの上面および下面が、滑液による潤滑を改善するように処理される、請求項３１に記載の人工膝半月。
【請求項３３】
前記ウェブが、微細なアラミド繊維またはパラアラミド繊維から平坦に編組され、前記ウェブの端部が前記半月の角に固定して埋め込まれ、前記ウェブが、好ましくは、前記エラストマーベース材料に封入される、請求項３１に記載の人工膝半月。
【請求項３４】
前記人工半月の内部領域が、前記角の端部まで延在する薄い多孔質シート材料から作製されたエプロンで満たされており、前記エプロンの縁部が、前記半月および前記角に強固に付着している、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項３５】
前記エプロンが、厚さが０．０５から０．５ミリメートルの範囲にありゼロから２０パーセントの範囲の弾性的な伸長を可能にする、強固な架橋ポリマー材料から作製されたフィルムまたは織物シートの形態をとる、請求項３４に記載の人工膝半月。
【請求項３６】
前記エプロンの材料が多孔質ではない場合は、前記材料を通って滑液が自由に流動可能になるように多数の小さい開口がその中に設けられ、前記開口が、好ましくは、丸いかまたはほぼ丸く、その直径が０．２５から３．０ミリメートルの範囲、互いの間隔が０．２５から５．０ミリメートルの範囲にある、請求項３４に記載の人工膝半月。
【請求項３７】
前記開口が、前記人工半月の全幅を通る複数の連続した応力伝達路を作るパターンに配置され、前記応力伝達路がそれぞれ、隣接する伝達路から１５度から４５度の範囲の角度を有するように分離する、請求項３６に記載の人工膝半月。
【請求項３８】
前記エプロン材料が、任意選択で、前記エラストマーベース材料に封入され、滑液による潤滑を改善することによって前記エプロン材料自体と当接する生体表面との間の摩擦を低減するように処理される、請求項３４に記載の人工膝半月。
【請求項３９】
滑液によって前記半月の潤滑を改善するために、ポリ［２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン−ｃｏ−ｎ−ブチルメタクリル酸塩］［ポリ（ＭＰＣ−ｃｏ−ＢＭＡ）］を前記表面に含浸させることによってジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）を誘引するものにするように前記支持面が処理される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項４０】
ポリウレタンエラストマーを、ＢＭＡ（０．３モル／ｌ）および重合開始剤として安息香酸過酸化物（ＢＭＡに対して１重量％）を含有するエタノール溶液に１５時間浸漬し、表面をわずかに膨張させ、次いで、前記材料をエタノールで軽く洗浄し、ＭＰＣ（０．３モル／ｌ）を含有するエタノール溶液に３０分間浸漬し；前記第２の溶液から取り出した後で、その材料をブロット乾燥し、次いで、アルゴン雰囲気下において７０℃で５時間加熱して、前記材料表面に存在する単量体を重合化し、次いで、前記材料をエタノールで洗浄し、次いで、室温で２４時間真空乾燥する、請求項３９に記載の人工膝半月。
【請求項４１】
前記人工半月の支持面と大腿脛骨関節軟骨との間の滑液の分配を改善するために、ネットワーク状の細いチャネルが前記支持面の一方または両方にモールド成形され、前記チャネルが、好ましくは、幅が０．２５と２．０ミリメートルの間にあり、深さが０．２５と２．０ミリメートルの間にあり、部分的に球形または他の適切な断面形状を有し、１．０と５．０ミリメートルとの間の距離だけ離れており、ほぼ径方向および円周方向に配向される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項４２】
滑液の分配を改善するために、前記支持面のいずれかまたは両方が、各点において表面にほぼ垂直に配向された凹所との前記チャネルの交点のうちの一部または全てに設けられ、前記凹所の深さが０．５と５．０ミリメートルとの間にあり、直径が０．５と５．０ミリメートルとの間にある、請求項４１に記載の人工膝半月。
【請求項４３】
滑液の分配を改善するために、前記支持面のいずれかまたは両方が、各点において表面にほぼ垂直に配向された凹所を備え、前記凹所の深さが、０．５と５．０ミリメートルとの間にあり、直径が０．５と５．０ミリメートルとの間にあり、前記凹所が、０．５と１０ミリメートルとの間の距離だけ互いに離れている、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項４４】
前記固定プレートが、分離可能な２つの部品、脛骨近位部分の表面に固定されたメス部品と、前記メス部品によって受容され前記メス部品にロックされる前記人工半月の角に固定されたオス部品とで作製される、請求項２に記載の人工膝半月。
【請求項４５】
前記メス部品が、前記オス部品平行な２つの接続バーの縁部に沿って形成された相補的なラチェットタイプの歯によって係合された、内部に位置するスプラグを有するように作製され、前記接続バーが、前記歯が前記スプラグから係合解除されるように互いに向かって弾性的に変位可能である、請求項４４に記載の人工膝半月。
【請求項４６】
前記接続バーが、前記接続バーの開口に係合する適切なプライヤ−タイプのツールによって一緒に曲げられる、請求項４５に記載の人工膝半月。
【請求項４７】
前記人工半月の支持面が、必要な場合に適切な厚さのダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）層で直接被覆され、前記表面が、窒素のイオン注入、Ｏ２プラズマ処理などによる蒸着の前に変形し、前記被覆が、パルスレーザー蒸着法、高周波プラズマＣＶＤ法、またはイオンビーム支援蒸着によって行われる、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項４８】
前記半月の前記支持面が、前記ＤＬＣ被覆がそれと強固に結合する炭素ナノ繊維で密に含浸されている、請求項４７に記載の人工膝半月。
【請求項４９】
前記人工半月の前記支持面が、適切な炭化物、窒化物、または酸化物の形態の耐摩耗性材料の薄層で被覆されており、前記被覆が、無電解めっき法を用いてナノ粒子の懸濁溶液から堆積する、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項５０】
前記表面が、まずプラズマ処理され、前記表面を活性化させるように化学吸着によって金属触媒が導入され、前記触媒がＳｎＣｌ２およびＰｄＣｌである、請求項４９に記載の人工膝半月。
【請求項５１】
前記触媒が、ｓｃＣＯ２の溶解性および可塑化効果を利用して、超臨界二酸化炭素（ｓｃＣＯ２）を用いて前記表面に導入される、請求項５０に記載の人工膝半月。
【請求項５２】
必要な場合は、より硬度の高い重合体材料から作られた滑らかで薄い可撓性の層が、前記被覆により良好な基盤を提供するように前記作動面に結合しており、前記より硬度の高い重合体材料が、好ましくは、厚さが０．０５から０．５ミリメートルの範囲であり、アラミドまたはパラアラミドなど、引張強さが強い架橋ポリマーの形態をとる、請求項４７から５１のいずれかに記載の人工膝半月。
【請求項５３】
前記半月の前記支持面の潤滑性が、ヒアリン軟骨層をその上に生成させることによって強化され、前記生成プロセスが、適切な非常に多孔質の足場材料の層の用意、前記足場材料を前記支持面への溶融かまたは別法の固定；関節の軟骨細胞との前記足場材料のシーディング；前記ヒアリン軟骨を生成するように前記軟骨細胞の生体外の適切な条件下での培養を含み、適切な形状のモールド型が、所望の表面形状を確実に生成するように前記培養プロセス中に前記足場の表面に一定の期間利用される、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項５４】
前記足場材料が、メタクリル酸ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）およびメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）またはＨＥＭＡおよびジメタクリル酸グリコール（ＧＤＭＡ）を異なる架橋剤を用いて溶解可能なコラーゲンにグラフト重合することによって作られる合成ヒドロゲル；繊維加工技法を用いて押し出され線維形態に集合したポリグリコール酸（ＰＧＡ）；エレクトロスピニング法によって集合したポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド−ｃｏ−グリコリド）（ＰＬＧ）；加水分解型コラーゲン、アクリル酸（ＡＡ）アクリルアミド（ＡＡｍ）、および蒸留水と、Ｎ，Ｎ’メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡ）を用いた架橋の組み合わせのフリーラジカル重合体；コンピュータ制御のシリンジで溶融共重合体線維を３次元形態に制御蒸着により集合させた（ポリ）エチレングリコール−テレフタル酸−（ポリ）ブチレン−テレフタル酸（ＰＥＧＴ／ｕＰＢＴ）などの多孔質材料；ならびに当技術分野でよく知られた多くの他のものを含む、請求項５３に記載の人工膝半月。
【請求項５５】
前記半月の前記支持面の潤滑性が、ヒアリン軟骨層をその上に生成することによって強化され、前記生成プロセスが、米国特許出願公開第２０１０／０１２０１４９号明細書でＫｉｍらにより教示された方法から応用され、重合体足場材料の層の用意と、前記支持面への前記足場材料の溶融または別法の固定と；ヒドロゲルと混合された分化した関節の軟骨細胞の液体の形態での前記足場への塗布と、その後のゲル化と；前記軟骨細胞の生体外の適切な条件下での培養を含む、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項５６】
前記重合体足場が、それらの限定されるものではないが、コラーゲン、ゼラチン、キトサン、アルギン酸塩、ヒアルロン酸、デキストラン；ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）、ポリカプロラクトン、ポリ無水物、ポリオルトエステル、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、ポリアクリル酸、ポリ−ｎ−イソプロピルアクリルアミド、ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（プロピレンオキシド）−ポリ（エチレンオキシド）共重合体、それらの共重合体、およびそれらの混合物を含む生分解性および生体適合性のある重合体から作製され；前記重合体足場が、典型的には１０から８００μＭ（好ましくは１００から５００μＭ）の範囲の一様の細孔のサイズ、および４０％から９７％の範囲（好ましくは、５０％から９７％の範囲、またはより具体的には、７０％から９５％の範囲）の気孔率を有する、相互連結する多孔質構造を有し；重合体足場が、キャスティング法／溶媒抽出法、ガスフォーミング法、相分離法、エレクトロスピニング、ゲルスピニング法などを含む当技術分野でよく知られた方法を用いて、前記生体適合性のある重合体から用意される；前記重合体足場の厚さが典型的には０．５から３ミリメートルの範囲にある、請求項５５に記載の人工膝半月。
【請求項５７】
前記生成方法が、懸滴培養、ペレット培養、微量培養、または回転培養を用いて軟骨細胞を分化し一緒に集めて適切なサイズの細胞集合体を形成するステップであって、前記細胞集合体が、典型的には、１０から８００μＭの範囲にあり、前記重合体足場材料の細孔のサイズに合っている、ステップと；分化した軟骨細胞の細胞集合体を１：１から１：１００の範囲の重量比で溶液の状態のヒドロゲルと混合して、前記細胞集合体が一様に分散した細胞集合体−ヒドロゲル錯体を形成するステップと、自然の軟骨（フィブリン、ゼラチン、コラーゲン、ヒアルロン酸、アガロース、キトサン、ポリホスファジン、ポリアクリレート、ポリグラクティック酸、ポリグリコール酸、プルロニック酸、アルギン酸塩、塩などを単独使用でまたは混合物の形態で含む適切なヒドロゲル）と生理学的に同様の３次元の環境を作り出すステップと；ヒドロゲルマトリックスに一様に分散した溶液の状態の分化した軟骨細胞の細胞集合体を前記重合体足場材料に塗布し、同時にその細孔を満たすステップと、ゲル状態に凝固させて、細胞集合体−ヒドロゲル−重合体足場錯体を得るステップであって、前記ゲル化方法が使用するヒドロゲルのタイプに応じて変わる、ステップとを含み、前記ヒドロゲルが自然の軟骨と生理学的に同様の３次元の環境を作り出し、前記細胞集合体−ヒドロゲル−重合体足場錯体はさらに軟骨細胞分化の効率を改善し、重合体足場の使用により、軟骨細胞分化中に力学的に高い強度、正確な形状、可撓性、および一様の形態を維持することが可能になり、細胞集合体−ヒドロゲル−重合体足場錯体により、力学的に高い強度、可撓性、および一様の形態を有する軟骨の組織が提供される、請求項５５に記載の人工膝半月。
【請求項５８】
前記半月の前記支持面の潤滑性が、ヒアリン軟骨層をその上に生成させることによって強化され、前記生成プロセスが、骨様のミクロ構造のβ−リン酸三カルシウム層がその上に堆積するフッ素入りヒドロキシアパタイト被覆の前記作動面に利用して、通常軟骨下骨に当接する石灰化した関節軟骨の層を模擬することを含み、前記フッ素入りヒドロキシアパタイト被覆が、任意選択で、ｓｃＣＯ２の溶解性および可塑化効果を利用して、超臨界二酸化炭素（ｓｃＣＯ２）を用いて前記作動面に導入され；前記生成プロセスがさらに、足場材料の層を用意し前記足場材料を前記作動面に溶融するかまたは別法で固定すること；前記足場材料を関節の軟骨細胞にシーディングすること；生体外で適切な条件下で前記軟骨細胞を培養することを含む、請求項１に記載の人工膝半月。
【請求項５９】
大腿顆および脛骨顆の関節軟骨に対する損傷を予防し、それにより、変形性関節症の累進的な進行を停止させるために、劣化した生来の半月の代わりに植え込まれる人工膝半月を提供する方法であって；前記方法が、硬化可能な重合体を注入することによって植え込み後に膨張して前記大腿顆および前記脛骨顆と調和する形状になる中空の形態に作製された人工半月の提供を含み；前記人工半月が、前記大腿顆の表面および前記脛骨顆の表面に合うようにサイズ設定され；強度および耐久性のために内部補強材を有し；生来の半月と同様のエラストマーの特徴を有する材料から作製され；滑液による潤滑の効率を改善し支持面の摩耗の特徴を強化するように化学的および／または物理的に処理された支持面を有し；前角および後角のアンカー留めおよび二次的位置決め要素の設置によって関節内部空間内での平行移動が制限される、方法。
【請求項６０】
前記人工半月を植え込むために、関節の周りの腱組織および関節包組織の最小限の切開および分離または変位を介して膝コンパートメントにアクセスし；前記生来の半月が、必要に応じて、止血に注意しながら脛骨、靭帯、および関節包の付着部を全て外科的に切り離すことによって取り出され；前記自然の半月の一方のみを取り出す場合は、膝横靭帯を適切な長さだけ切り離し、前十字靭帯のベースに縫合し；前記人工半月は、放射線透過写真、超音波、または磁気共鳴によって生成された顆の画像から平面図形のサイズおよび形状が選択され；必要に応じて、骨を取り除いて、前記位置決めストラップアンカーの付着面を設け；前記人工半月が、排気によってつぶされ、コンパクトな形態に折り畳まれ、潤滑にされ、先細位置決めチューブに充填され、大腿顆と脛骨顆との間の適位置に押し出され、内反力または迷走神経力が、関節を開くために必要に応じて加えられ；前記人工半月が、広げられ適正に配置され、それらの角が延在し、固定プレートが脛骨に適切な留め具で固定され；前記位置決めストラップを有する前記位置決めストラップアンカーが脛骨に固定され；大腿顆および脛骨顆が、適正な関係に維持され、硬化可能な樹脂が、前記人工半月に注入されて、前記大腿顆および前記脛骨顆と調和するように前記人工半月を膨張させ；前記大腿顆および前記脛骨顆が、前記硬化可能な樹脂が触媒作用を受けるまで適正な関係に維持され；最後に、前記滑液包が、必要に応じて変形して関節を完全に閉じ、離れた組織が復元され、皮膚の切開が閉じられる、請求項５９に記載の人工膝半月を提供する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ヒトの膝の半月の劣化または負傷による苦痛および可動性の低下を解消する手術方法に関する。本発明は、より詳細には、ヒトの膝の自然の半月のいずれかまたは両方を人工半月に置換する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膝関節炎の悪化は、西洋では現在極めて一般的である。次第に老齢化する人口が疑いなく寄与する要因である。利用できる選択肢が限られているので、米国で年間に行われる全膝関節置換術の数は、急速に、医療システムに対して支えきれない重荷になっている。元に戻すことができず最終的には再置換術を必要とする可能性があるにも関わらず、手技の数は世界中でほぼ指数関数的に増加している。実際には、全膝関節再置換術の数も非常に多くなっており、そのため、これは現在では整形外科学の明確な下位専門分野を構成している。明らかに、全膝関節置換術の必要性を出し抜くような代替案を熟考すべきである。
【０００３】
膝複合体は、人体の最も頻繁に負傷する関節の一つである。膝関節は、股関節および足根関節と連動して働いて、静止した立位姿勢の間に体重を支えている。動的には、様々な日常の動作と難しい動作の両方の間に靭帯を移動させ担持する役割を担っている。膝が主な安定性機能と主な可動性機能の両方を満たさなければならないという事実は、その複雑な構造および機能に反映されている。
【０００４】
下肢の主要な２つの骨は、その近位端が股関節を中心に枢動する大腿骨と、その遠位端が足関節を中心に枢動する脛骨である。大腿骨と脛骨とは、人体で最大である脛骨大腿骨関節によって膝において関節結合して接合されている。大腿骨の遠位端および脛骨の近位端は広がっており、それにより一定の安定性の基盤がもたらされるが、骨の端部は互いにあまりうまく適合していない。大腿骨の遠位端は、別々の２つの顆に発達しており、その下側の表面は、滑らかに丸みを帯びており、滑らかな支持面を設ける（ヒアリン）関節軟骨でカバーされている。顆の前後方向の凸面は、一様な球形ではなく、後方の曲率半径は小さい。顆は、顆間窩によって分離されており、後方に大きく発達して、膝関節の屈曲を吸収する。内側顆は、後方および垂直方向により大きく発達しており、この垂直方向の発達は大腿骨の軸の傾斜率を補償している。大腿外側顆は、内側顆に対して前方にずれており、外側顆の関節面は内側顆の関節面よりも短い。脛骨の近位端は、関節軟骨でカバーされた、浅い凹状の外側上関節面および内側上関節面を備え、内側上関節面は外側上関節面よりも大きい。脛骨上関節面は、外側顆と内側顆との間の隆起または結節によって離れている。大腿顆は、脛骨上関節面に位置する半環状の繊維軟骨構造、すなわち半月によって、位置決めされ、その半月内で枢動式に担持される。こうした副次的な関節構造により、膝の関節結合中に顆がそれに接して働く、相補的な支持面を形成する滑らかな凹状の上面が設けられる。膝は、外側に位置する、長い補助的な骨、すなわち腓骨にも担持されている。腓骨は、その遠位端で脛骨に強く拘束されているが、その上端部に、脛骨端に接合された小さい滑膜関節を有する。脛腓関節の関節包は、前方および後方の靭帯によって補強されている。
【０００５】
膝蓋骨（ひざがしら）は四頭筋腱に埋め込まれている。前方上側の大腿四頭筋は四頭筋腱によって膝蓋骨につながっており、膝蓋骨は膝蓋靭帯によって膝のすぐ下で脛骨につながっている。簡単に言えば、膝蓋骨の後面には突出部があり、その突出部は、膝の屈曲中に、滑車内を、すなわち大腿骨の前面に形成された顆間の溝内を摺動式に変位する。膝蓋骨と大腿骨との接触領域は、低摩擦で相補的な作動面をもたらす滑らかな関節軟骨でカバーされている。四頭筋腱と、膝蓋骨と、膝蓋靭帯との組み合わせは、むしろプーリのように働き、脛骨に対して四頭筋が生み出す力を屈曲した膝を介して伝達して、下肢をまっすぐにするかまたは屈曲率を減少させる。膝蓋骨は、明らかに、衝撃による損傷から膝関節を守るという他の機能も果たす。
【０００６】
大腿骨の関節面が大きく脛骨顆が比較的小さいことにより、大腿骨が脛骨上で回旋し始めるときに起きる恐れのある問題が生じる。大腿顆は、脛骨上関節面上に留まるために、深く屈曲させる間は同時に前方に滑動しなければならず、伸展中は同時に後方に滑動しなければならない。前述のように、十字靭帯は、事実上、屈曲中および伸展中に脛骨上に顆を位置決めするように働く。図１ａに示すように、膝関節の屈曲中は、前十字靭帯によって加えられる張力により、顆が後方に変位しないようになっている。同様に、図１ｂに示すように、膝関節の伸展中には、後十字靭帯により、顆が前方に変位しないようになっている。これらの効果は、膝関節の周りの靭帯組織および腱組織の関節包および層によって補強される。例えば、大腿筋から脛骨に力を伝達する腸脛靭帯は、膝関節を外側で担持し、屈曲中は、大腿骨の下で脛骨が過剰に前方に平行移動しないようにする。
【０００７】
膝関節の内旋および外旋は、角運動であり、大腿骨上における脛骨の運動（または相対運動）から名付けられている。膝関節のこうした軸回旋は、脛骨の内側顆間結節を通るかまたはその近くの長手方向軸を中心に行われる。その結果、回旋方向に関わらず、内側顆は枢支点として働き、外側顆はより大きい運動の円弧を通って動く。これは図２に示されている。脛骨が大腿骨上で外旋すると、脛骨内側顆は、相対的に固定された大腿内側顆上でわずかに前方に動くだけであり、脛骨外側顆は、相対的に固定された大腿外側顆上でより大きい距離だけ後方に動く。脛骨の内旋中は、脛骨内側顆はわずかに後方に動くだけであり、外側顆はより大きい運動の円弧を通って前方に動く。膝関節半月は、内旋中にも外旋中にも、対応する大腿顆の動きの方向に歪み、したがって、屈曲中および伸展中に行ったときは大腿顆に対する関係が維持される。膝関節の回旋可能な範囲は、膝の屈曲姿勢／伸展姿勢に応じて変わる。膝が完全に伸展しているときは、靭帯は緊張し、脛骨結節は顆間窩に引っ掛かり、半月は関節結合する面の間にきつく挿入されている；その結果、軸回旋はほぼ不可能である。膝が９０度に向かって屈曲しているときは、関節包のおよび靭帯の弛緩が増大し、脛骨結節は顆間窩内にはなく、脛骨顆と大腿顆とは互いに自由に動く。軸回旋の最大範囲は膝の屈曲が９０度のときに可能であり：外旋範囲は０から２０度であり、内旋範囲は０から１５度であり、内旋／外旋全体は最大３５度与えられる。
【０００８】
膝半月は、以前は単なる痕跡組織の形態であると考えられていたが、現在では膝関節の適切な機能に不可欠であると理解されている。関節の調和を強化することに加えて、半月は、膝を通して力を分配すること、大腿骨と脛骨との間の摩擦を低減すること、膝に対する衝撃荷重を吸収することにおいて重要な役割を果たしている。半月は、脛骨関節の上関節面の２分の１から３分の２をカバーしており、脛骨結節に向かって開いている。外側半月は、より小さい外側の脛骨上関節面をより高い比率でカバーしている。その露出面が大きいので、内側顆は、日常の動作の間にそれを貫通する非常に大きい圧縮荷重の影響を非常に受けやすい。膝内の圧縮力は歩行および階段を昇るときは体重の１倍または２倍、ランニングのときは体重の３倍から４倍に達することがあるが、半月はこの負担荷重の５０％から７０％を担う。脛骨上の半月の運動は、周囲の構造への複数の付着部によって制限されており、その周囲の構造の一部は両方の半月に共通のものであり、一部はそれぞれに特有のものである。半月は、球形からの大腿顆のずれを吸収するために、明らかに、ある程度の移動の自由を有する。内側半月は、靭帯および関節包の拘束が顕著であり、その平行移動が外側半月よりも広い範囲に限定される。内側半月の可動性が相対的に低いことが、負傷の発生率の高さに寄与することがあり、発生率は外側半月よりも約９倍高い。
【０００９】
半月は、脛骨近位部分の関節面の周囲の面に担持される線維軟骨からできた三日月形のくさびとして説明するのが最良である。半月は、大腿顆との関節結合のために脛骨内側窩および脛骨外側窩を事実上深くするように機能する。半月は、その外縁で最も厚く、径方向内側に延びるにつれてテーパ状になって、付着していない薄い縁部になる。半月の上面は、大腿顆を収容するようにわずかに凹状であり、接触面積が大きい。内側半月は、外側半月よりも大きく、形状がより卵形である。内側半月は、前方では、薄く、前十字靭帯のすぐ外側の脛骨の前方の顆間領域にある付着部において先細りしている。後方では、最も大きくなっており、後十字靭帯の起始点の前方において、対応する後方窩で付着している。外側半月は、より小さく、より円形であり、その前角は、前方では顆間領域に、後方および外側では前十字靭帯の停止部に、付着されている。後角は、後方の顆間領域において内側半月の後角の終端部のすぐ前方で終端する。外側半月は、膝窩腱と交差する位置を除く脛骨外側顆の縁の周りに弱く付着しており、腓骨側副靭帯には付着していない。外側半月は、その後方付着部の近くで、後十字靭帯と一緒になる接合かまたはその後ろを通る、集合した線維を送り出すことが多い。後半月大腿靭帯と呼ばれる線維束は、後十字靭帯の付着部のすぐ背後の大腿骨内側顆で終端する。後十字靭帯の前方に通るかまたは後方に通るかに応じて、靭帯はそれぞれ、ハンフリー靭帯またはヴリスベルグ靭帯として知られている。場合によっては、半月大腿靭帯は両方とも存在し、それらの機能は、明らかに、脛骨後方が平行移動するのを二次的に制限することである。場合によっては、前半月大腿靭帯も存在し、これは後十字靭帯に対して後十字になる関係を除いて同様である。したがって、外側半月は、脛骨に緩く付着しており、大腿骨への密な付着部を有する。したがって、膝の屈曲中に大腿外側顆と共に前後に動く傾向がある。対照的に、内側半月は、脛骨により強固に固定されている。外側半月の凸状の前縁は、膝横靭帯によって内側半月の前角（またはその凸状の前縁）に連結されている。こうした連結により２つの半月が一緒に動くことが可能になる。この靭帯は、厚さが大幅にばらつき、存在しないことが多い。半月の湾曲した外縁は、膝関節の線維性被膜（したがって、滑膜）に付着し、それを通って脛骨の関節面の縁部に至る。半月の縁を脛骨顆に付着させる関節包の線維は冠状靭帯と呼ばれる。内側半月は、さらに、その付着部によって脛骨側副靭帯の深部表面に拘束されている。半月の関節包のおよび脛骨の付着部は、図９にはっきりと見ることができる。脛骨上関節面および半月の角付着部位を図１０に示す。
【００１０】
図９を参照すると、生来の半月１が、靭帯による連結部３を介して滑液包２に、したがって、前記滑液包を介して脛骨関節軟骨４に付着していることを理解することができる。大腿関節軟骨５は、前記半月および前記脛骨関節軟骨に対して自由に移動する。本来の半月と滑膜との間に空間が存在することが理解されよう。この空間は、通常、靭帯による連結部３によって占められており、前記生来の半月および前記靭帯による連結部が取り除かれると利用可能になる。
【００１１】
半月および関連の構造の位置および形態を図３に示す。
【００１２】
屈曲中の大腿顆の前方への滑動は半月による影響も受ける。半月の効果的な「くさび留め」効果は、顆を後方に変位させないように働き、それらに加えられる反力は、半月を脛骨上関節面上で後方に変位させるように働く。半月の角の強直な付着部が半月全体を動かす能力を制限するので、半月の変形が起きる。後方に変形すると、顆が脛骨上関節面上を動くときに半月が大腿顆の下に留まることが可能になる。膝が完全な屈曲から伸展に戻ると、半月は自然の配置に戻り、伸展し続けると前方に変形する。半月の適切な後方への変形は筋肉の仕組みによって支援される。膝の屈曲中には、例えば、その付着部を通して内側半月の後角に、半膜様筋が内側半月に力を加えてそれを後方に押しやる。ある調査によれば、４０パーセントを超える膝で半膜様筋は外側半月の後角への同様の付着部を有する。膝窩筋は同様の力を外側半月に加える。
【００１３】
図４を参照すると、半月のコラーゲンネットワークの物理的な構造は、概して別々の３つの領域に分割することができる。外側の表層では、微小繊維がランダムに配向され、織り合わされて微細なメッシュが形成されている。そのメッシュのすぐ下には、コラーゲンの束がさらに不規則な配向を呈する狭い領域がある。これらの２つの表面領域の内部では、コラーゲン線維は、肉眼で見ることができる大きい束を形成する。これらの繊維束は、円周方向に配置され、前方付着部位から後方付着部位まで延在する。これらの円周方向に配置された大きいコラーゲン繊維束の間には、径方向に配向され内側縁部の周囲から延在する、より小さい拘束繊維または拘束シースがある。したがって、半月に加えられる圧縮力は、言い換えると、超微細構造を支配する強い円周方向の線維によって担持される円周方向に向いた引張応力またはフープ応力になる。図５を参照すると、引張時のヒトの半月内の複数の位置に関するヤング係数（または引張係数）値が示されている（単位はＭＰａ）。それらの値はほとんどの重合体材料をはるかに下回っていることが留意されよう。例えば、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）（アラミド）の引張係数は通常は８３から１８６ＧＰａの範囲にある。引張力および圧縮力に対する半月材料の粘弾性の挙動は複雑であり、引張係数、剛性、および破壊応力は、コラーゲンの含有量およびプロテオグリカン（ＰＧ）に対するコラーゲンの割合と関連している。半月材料が圧縮状態に負荷をかけられると、組織からの流体の浸出および／または組織内での流体の分配のせいで体積損失が起こる恐れがある。組織内でＰＧが濃縮すると浸透性に影響を及ぼすことが示され、ＰＧ含有量と圧縮剛性との間の直接的な関係が示される。軟骨におけるプロテオグリカン集合体の濃度および分子配座は、年齢および疾患によって異なり、存在するＰＧの量は関節への荷重および運動に応じて異なる。概略的には、老化および疾患に伴い、ＰＧ集合体のサイズは、ヒアルロン酸鎖の不足によって、あるいはタンパク質コアもしくはグルコサミノグリカン鎖またはその両方の不足によって縮小する。別の重要な年齢に関係するＰＧの変化を分子レベルで観察することができる。コンドロイチン硫酸（ＣＳ）は２つの異性体、ＣＳ４およびＣＳ６を有し、ここで下付き文字はヘキソサミンの硫酸化の位置を示す。ＣＳ４異性体は若い軟骨にはより一般的であり、ＣＳ６異性体の存在は年齢と共に増加することが観察されている。最終的には軟骨の回復力が低下し、同時に力学的な損傷に向かう性質になる。
【００１４】
磁気共鳴映像法を用いた膝関節の試験によれば、膝関節の屈曲の様々な局面の間に半月が比較的大きい逸脱を経験する。図６、図７、および図８はこの点についてのいくつかの図を提示する。半月の可動性が比較的大きいとすると、脛骨上関節面における大腿顆の主要な位置決めに関する仕組みは前十字靭帯および後十字靭帯によって加えられる張力であることが理解されよう。半月は本質的に、大腿顆のための移動可能なクッション性のある支持面をもたらし、膝を極度に屈曲するときは補助的な位置決めの支援を行うことができる。こうした要因により、激しい運動には対応できないが中年の座ることの多い人のニーズは簡単に満たす人工半月の提供が可能になる。
【００１５】
半月不全は、一般に２つの形態をとる：直接の力学的な損傷と、変形性の故障による損傷である。スポーツする人では、例えば、半月の急性断裂は、膝を屈曲し激しくひねるときに起きることがある。半月の変形性断裂は高齢者には非常に多く、西洋の６５歳を超える人口の約６０パーセントが何らかの変形性故障を有する。急性断裂により症状が急に始まることがあり、より高齢の対象者では、変形性の故障は、軽い出来事から起き、長い間症状がないことがある。年齢に関係する変形性の変化などの環境、典型的には以前運動選手だった人に見られる全膝の「摩耗性および断裂性」の関節炎、炎症性関節炎、滑液による潤滑性の低下、酵素によって生じる劣化、不自然な歩行、下肢の位置合わせ不良、または職業上の滑動の結果生じる過剰な膝の負荷の組み合わせにより、摩擦による半月の摩耗が進行することがあり、軟骨の自然の回復力は非常に小さい。半月は、血管が通り神経が分布した外流領域でのみ自然治癒することができ、付着していない中心領域は、滑液によってのみ栄養が与えられ、概略的に言うと自然治癒することはできない。
【００１６】
上記の事項を考慮すると、概して、関節炎の劣化が十分に早い段階で検出できる場合は、人工半月の植え込みの形態の介入が正常な膝の機能をほぼすぐに回復させるのに十分なことがあると想定される。さらに、これは、劣化プロセスを停止させ、全膝置換術または部分的膝置換術の最終的な必要性を阻止する可能性を有する。植え込み手技を日帰り手術として関節鏡下で実行できる場合は、病院のベッドスペース、ならびに整形外科、麻酔、理学療法、および一般の医療サービスの需要が減ることは、大幅なコスト削減を表す。それに付随する利益は、患者が急速に回復することであり、苦痛が最小限に抑えられ、必要な場合は再置換が容易である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の主な目的は、自然の半月を取り除き人工物を植え込む外科手技と共に自然のヒトの膝半月を置換するための人工半月を提供することであり；その人工物は、大腿顆の寸法に容易に合わせることができ、脛骨上関節面上で固定して配置することができ、耐久性のある低摩擦の作動面を提供しながら正常な半月の運動を再現することができ；滑液の成分との親和性があり、全て正常な負荷の下で働く膝が負担する応力を吸収することができる。本発明の第２の目的は、関節鏡外科手技を用いて植え込みできる人工半月の提供であり、その外科手技および人工半月の効果は、患者に必要なリハビリを最小限に抑えるなどの効果である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、正確な平面図形の形状の人工半月は、適切な材料から中空の形態に作製され、滑液の潤滑成分を誘引する表面になるように化学的におよび／または物理的に補強および処理されている。関節の周りの腱組織および関節包組織の最小限の切開および変位を介して膝コンパートメントにアクセスする。止血に注意しながら脛骨および関節包の付着部を全て外科的に切り離すことによって、自然の半月を取り出す。コンパクトな形態につぶし、適切な関節コンパートメント内に導入し、大腿顆と脛骨上関節面との間に適正に配置し、適切な手段によって適位置に固定することによって、人工半月を植え込む。大腿顆および脛骨上関節面を適正な関係に維持している間に、触媒作用を受けてゴムのような粘稠性を有するゲルになる硬化可能な樹脂を前記人工半月に注入して、骨の表面に隣接するような形状になるように前記半月を膨張させる。大腿顆および脛骨上関節面は、前記硬化可能な樹脂が実質的に触媒作用を受けるまで適正な関係に維持される。次いで、関節を完全に閉じるように必要に応じて滑液包を修正し、分離した組織を復元し、皮膚の切開を閉じる。
【００１９】
本発明の様々な態様は、添付の図面に関連付けて与えられる好ましい実施形態の以下の説明を参照することによってより簡単に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）および（ｂ）は伸展中および屈曲中の膝の骨の外側概略図である。
【図２】右膝の脛骨の近位端の上面概略図である。
【図３】右膝の半月のすぐ上を通る上面概略横断面図である。
【図４】内部構造を示すために部分的に断面にした、半月の部分概略図である。
【図５】引張時のヒトの半月のヤング係数の部位ごとの違いの概略図である。
【図６】０度および１２０度に膝を屈曲したときの脛骨上関節面上における半月の変位の上面概略図であり、変位後の位置を実線で示す１。
【図７】体重を支えながら立位から９０度に屈曲している間の、および座位で弛緩し体重を支えていない状態で９０度に屈曲している間の、脛骨上関節面上における半月の変位の上面概略図であり、変位後の位置を破線で示す２。
【図８】深く膝を屈曲している間の脛骨上関節面上における半月の内側の縁の変位の上面概略図であり、変位後の縁を実線で示す３。
【図９】大腿顆、半月、および脛骨上関節面の矢状面の部分断面図であり、相対的な寸法を適用できるように離れている。
【図１０】右膝の脛骨の近位端の上面概略図である。
【図１１】角を介してアンカー留めされた人工半月および補助的な位置決め手段を示す右膝の脛骨の近位端の上面概略図である。
【図１２】適切な硬化可能な樹脂の充填によって膨張する中空人工半月の概略横断面図である。
【図１３】図１２の半月の折り目を示す概略平面図である。
【図１４】人工半月の角を脛骨に連結する接続装置の平面図である。
【図１５】図１４の接続装置のオス部品の平面図である。
【図１６】図１５の接続装置のオス部品のＢ−Ｂを通る長手方向部分断面図である。
【図１７】図１４の接続装置のＡ−Ａの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図は様々な縮尺で描かれており、その事実による意味も重要性もないことを提示すべきである。
【００２２】
図３および図１０を参照すると、外側半月および内側半月の角の配置および付着部が示されている。さらに図６１および図７２、特に図８３を参照すると、膝関節を徐々に屈曲させるにつれて、半月は次第に後方に平行移動することを理解することができる。その平行移動は、外側半月の場合は後外側変位、内側半月の場合は後内側変位に伴って様々な程度で起きる。こうした変位の結果、半月が角によって固定してアンカー留めされると、半月が自然の形状から弾性的に歪み、高さの低下を伴って角が伸長する。図１および図２を閲覧すると、半月の変位または平行移動に影響を及ぼす要因がより良く理解されるであろう。半月の弾性歪みは、例えば、急速にかつ繰り返し膝関節を屈曲させる間に半月が弛緩位置に非常に急速に回復できるようにするためにあるように思われる。こうした機能が若く身体的に活動的な人にはほぼ完全に適用できる自然の発達であり、座ることの多い生活習慣の後の中年または高齢の人はほとんど必要としないことは、議論が生じる恐れがある。高齢者の場合は、半月の提供は、顆の動きによって配置を調整しながら平行移動の適切な範囲内に制約され、衝撃を吸収し関節の支持面積を拡大する主要な機能を十分に実行する。半月の平行移動を膝関節の最大の屈曲１２０度に対応する範囲に制限することは、座ることの多い動作のほとんどに対応する。角のアンカー留めに加えてこうした半月の平行移動の制約を行うのに用いられる主要な手段は、図１１に関して説明する補助的な位置決めストラップである。
【００２３】
図１１を参照すると、人工半月６、７は、図１２に関連して説明するように中空になるように作製されており、前角８、９および後角１４、１５によってそれぞれアンカー留めされた脛骨上関節面上で移動自在である。好ましい実施形態では、前記角の端部には適切な合金材料から作製された固定プレート１２、１３、１８、１９が組み込まれている。前記固定プレートは、脛骨近位部分の表面に切り込まれた適切な凹所（図示せず）内に位置しており、それぞれ、前記プレートを貫通して骨に入る１つまたは複数の適切な留め具１０、１１、１６、１７によって適位置に固定されている。好ましい実施形態では、前記角は、適切な生体適合性エラストマーから作製され、適切な引張強さを有する可撓性材料から作製されたモノフィラメントまたは紡績もしくは編組したマルチフィラメント撚糸の形態の補強材（図示せず）によって強化されている。好ましい実施形態では、前記補強材は、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）から作製されており、厚さは０．０１から１．０ミリメートルの範囲にある。前記補強材は、１つまたは複数の層の状態の前記角に埋め込まれており、前記角の１０から５０パーセントの範囲の弾性的な伸長を可能にするために、弛緩した状態ではほぼ正弦波状の形態を用いている。好ましい実施形態では、前記正弦波状の形態は、１．０から６．０ミリメートルの範囲の波長および振幅を特徴としている。好ましい実施形態では、前記補強材は、それら２つの間に強固な連結を形成するように前記人工半月を通り、前記固定プレートの適切な開口（図示せず）を通り、強固な連結を形成するようにその上に２重に重なって前記角と前記プレートとの間の強固な連結部を形成する。前記補強材は、前記角のエラストマー材料に完全に封入される。好ましい実施形態では、前記固定プレートの前記開口は、前記補強材の擦過を防止するように縁部が丸くなるように作製されている。ウェブ２０、２１は、任意選択で、前記人工半月の形状をある程度制御するように、人工半月６および７の角にそれぞれ接合されるように設けられている。前記ウェブの内側縁部は、好ましくは、前記半月の内側縁部と一緒に概略的に円形の開口を作るように形成されている。前記ウェブは、任意選択で、適切に補強されゼロから２０パーセントの範囲の最大の弾性的な伸長を有する多孔質または有孔質に作製される。好ましい実施形態では、前記人工半月、前記角、および前記ウェブの上面および下面は、滑液による潤滑を改善するように、本明細書で説明するように処理される。代替の実施形態（図示せず）では、前記ウェブがなく、前記各人工半月の内部領域は、薄い多孔質シート材料から作製されたエプロンで満たされており、その典型的な内側縁部破線７０で示す。前記エプロンの縁部は前記半月および前記角に強固に付着しており、前記エプロンは、厚さが０．０５から０．５ミリメートルの範囲にありゼロから２０パーセントの範囲の弾性的な伸長を可能にする、強固な架橋ポリマー材料から作製されたフィルムまたは織物シートの形態をとる。前記エプロン材料が不織物であり、したがって多孔質ではない場合は、前記材料を通って滑液が自由に流動可能になるように多数の小さい開口がその中に設けられる。好ましい実施形態では、前記開口は、丸いかまたはほぼ丸く、その直径が０．２５から３．０ミリメートルの範囲、互いの間隔が０．２５から５．０ミリメートルの範囲にある。やはり好ましい実施形態では、前記開口は、前記人工半月の全幅を通る複数の連続した応力伝達路を作るパターンに配置され、前記応力伝達路はそれぞれ、隣接する伝達路から１５度から４５度の範囲の角度を有するように分離する。やはり好ましい実施形態では、前記エプロン材料は、両方とも本明細書の他のところで詳述するように、エプロン自体と当接する生体表面との間の摩擦を低減するか、または滑液による潤滑を改善するように処理される。
【００２４】
前記人工半月は、前角８、１４および後角９、１５によってそれぞれアンカー留めされた脛骨上関節面上を移動自在であり、補助的な位置決めストラップ２２、２６で位置決めされる。前記位置決めストラップは、１０から５０パーセントの範囲の限定された弾性的な伸長性有するように作製され、前記角と同様の性質の補強された材料から作製されている。前記位置決めストラップは、任意選択で、２方向に配向される。図に示すように、位置決めストラップ２２は、内側人工半月６の外側縁部に、ほぼ中心に（内側に）位置する単一の点２３において固定され、その端部はアンカー２４、２５に固定され、アンカー２４、２５は、前内側位置および後内側位置において脛骨上関節面の縁部に固定されそこから上に突出する。必要な場合は、前記脛骨上関節面の縁部から骨を取り除いて、前記アンカー用に適切な付着面を設ける。やはり図に示すように、位置決めストラップ２６の端部は、前外側位置２７および後外側位置２８において外側人工半月７の外側縁部に固定され、前記位置決めストラップの中心部分はアンカー２９に固定され、アンカー２９は、内側位置において脛骨上関節面の縁部に固定されそこから突出する。必要な場合は、前記脛骨上関節面の縁部から骨を取り除いて、前記アンカー用に適切な付着面を設ける。好ましい実施形態では、前記位置決めストラップの前記補強材料は、前記アンカーの適切な開口を通り、その上に２重に重なって前記位置決めストラップと前記アンカーとの間強固な連結を形成する。前記補強材料は、前記位置決めストラップのエラストマー材料に完全に封入される。好ましい実施形態では、前記アンカー開口の縁部は、前記補強材料の擦過を防止するように縁部が丸くなるように作製されている。
【００２５】
図１２を参照すると、本発明の人工半月６９は、中空になるように作製されており、顆接触パネル３１、上側パネル３０、外側パネル３３、脛骨接触パネル３２を備える。補強材料シート３４、３５、３６、３７は、引張強さをさらに高めるために前記パネルに埋め込まれている。同様の補強材料の１つまたは複数の内部パネル（３つを示す）３８、３９、４０は、任意選択で、その外側縁部で外側パネル補強シート３７に固定され、それらが接合され埋め込まれる位置である線４１に集束する。正常に荷重をかけられた機能的な形態では、補強材料の前記内部パネルは、関節からの前記人工半月の押し出しを最小限に抑えるように働く。前記補強材料は、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）などの薄い可撓性のシート材料の形態をとる。前記材料は、厚さが０．００５から０．１ミリメートルの範囲にあり、その厚さおよび広さは、任意選択で、前記人工半月内の位置に従って変わる。好ましい実施形態では、前記シート材料には複数の開口（図示せず）が、パネル３０、３１、３２、３３では前記パネルの材料との係合を強化するために、前記人工半月の中空内部では前記内部に注入される硬化可能な樹脂の分配を容易にするために設けられている。前記開口は、任意の適切なサイズおよび形状のものであり、例えばシート材料に加えられる径方向および円周方向の荷重を十分に搬送できる完全な領域を残すような配置のものである。好ましい実施形態では、前記中空半月がそれから製造される部品は、当技術分野でよく知られた生体適合性のある永久接着剤の一つを用いて互いに接着される。好ましい実施形態では、１つまたは複数のモールド型が、特定の人工半月の必要なサイズおよび最終の形状のために作られる（または利用可能な範囲のモールド型から選択される）。
【００２６】
さらに図１３を参照すると、関節鏡手技による植え込みの際には、必要に応じて配向され、膝関節内に押し込まれる。内反力または迷走神経力が、関節を開くために必要に応じて加えられる。膝関節内では、前記人工半月は、広げられ、適正に配置され、その角は延在し、図１１に関連して説明したように固定プレート（図１１に１２、１３、１８、１９で示す）は脛骨に固定される。大腿顆が脛骨に関して適正に配置されると、適切なシリンジで外側パネル７０を通して適切な液体樹脂を注入することによって、前記人工半月を生来の半月の形状になるように膨張する。前記液体は、触媒と予め混合されており、その触媒によりその液体が急速に硬化して適切な弾性および硬度のゴム状のゲルになる。前記液体は、任意選択で、補強材料３８、３９、４０のパネル間の複数の部位で注入されるか、または単一の部位で注入されて分配および均一化は補強材料３８、３９、４０のパネルの前記開口を介して行う。大腿顆は、前記液体のゲル化が実質的に進むまで、脛骨に関して適正に配置されるように維持される。関節の周りの腱組織および関節包組織の最小限の切開および変位を介して膝コンパートメントにアクセスする。止血に注意しながら脛骨、靭帯、および関節包の付着部を全て外科的に切り離す、当技術分野でよく知られたプロセスによって、必要に応じて自然の半月を取り出す。前記自然の半月の一方のみを取り出す場合は、膝横靭帯を適切な長さだけ切り離し、前十字靭帯のベースに縫合する。前記人工半月は、放射線透過写真、超音波、または磁気共鳴によって生成された顆の画像から平面図形のサイズおよび形状が選択されるが、単純に対象者の生別および身長などの要因に関連させた同種植込み片の半月の置換の選択が一部で成功している。代替の実施形態では、適切なサイズの標準的な人工半月は、レーザーアブレーションによって最終形状にされる。手技の完了の際には、関節を完全に閉じるように滑液包を必要に応じて修正し、分離した組織を復元し、皮膚の切開を閉じる。
【００２７】
図１４、図１５、図１６、図１７を参照すると、固定プレート４８がネック部５０の遠位端に形成されている。固定プレート４８はそれ自体が接続装置のメス部品６７の下側パネル６６の延長部分である。適切な留め具を収容するために前記固定プレート内に開口４９が設けられている。前記メス部品は、前記下側パネルのサイド部品５１によって形成され、そのサイド部品５１は、１８０度折り畳まれて、前記折り畳んだサイド部品と前記下側パネルの互いに隣接する面の間に狭い空間が作られる。前記折り畳んだサイド部品の平行に隣接する縁部の間に長手方向の隙間５３が形成され、前記折り畳んだサイド部品の端部５５は、前記狭い空間の遠位端に停止部を設けるように下に曲げられている。前記メス部品のサイド縁部６５にはその長手方向軸に垂直に複数の適切に離間した刻み目が作製されており、前記刻み目に隣接する材料は内側に押し込まれて内部スプラグ５２が作られる。接続装置のオス部品６８は、接続バー５９がその上に形成されたベース５８を備える。前記接続バーは、平行なスロット５６によって分離されており、ベース５８に対するそれらの弾性的な動きは、スロット５６のベースでサイド凹所６１および孔６２において材料を取り除くことによって容易になる。前記接続バーの縁部に沿って複数のラチェットタイプの歯６０が設けられ、前記歯は、前記接続装置の２つの部分が係合するときにスプラグ５２に係合するように配向される。前記接続バーの遠位端に開口５７が設けられ、適切なプライヤタイプのツールが、必要に応じて前記開口と係合して、前記ラチェットタイプの歯が前記スプラグから係合解除されるように前記接続バーを内側に曲げ、それにより、前記接続装置のオス部品を前記接続装置のメス部品から引き抜くことが可能になる。スロット５３は、前記引き抜き中に前記ツールへのアクセスを提供する。スロット５３の遠位のサイド縁部には、前記ツールによる開口５７へのアクセスを容易にするために凹所５４が形成される。様々な用途に合うように前記接続装置を様々な長さ、幅、厚さ、縦横比、および材料で作製できることが理解されよう。ベース５８には、丸い縁部７１を形成するようにストリップ上の材料６４を切り込んで折り曲げることによって横断方向のスロット６３が作られる。人工半月の角の付着部は、前記スロットを貫通し、前記丸い縁部上で２重に重なり、前記丸い縁部は擦過の影響を最小限に抑える働きをする。
【００２８】
前記人工半月は、適切な生体適合性エラストマー（ベース材料）からモールド成形される。好ましい実施形態では、エラストマーは、オランダの６１６７  ＲＡ  Ｇｅｌｅｅｎ所在のＤＳＭ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ社製造のＤＳＭ−ＰＴＧ  ＣａｒｂｏＳｉｌ（登録商標）２０  ９０Ａ、生体適合性のあるシリコンポリカーボネートウレタンである。材料の主な機械特性は：
密度  １．１６ｇ／ｃｃ
ショアＡ硬度  ９０
極限引張強さ  ４２．６ＭＰａ、降伏引張強さ  ６．４ＭＰａ
破断点伸び  ５３０％
曲げ係数０．０４０７ＧＰａ
降伏曲げ強度  １．９０ＭＰａ
引裂強度  ８７．７ｋＮ／ｍ
テーバー型摩耗  ５７．０ｍｇ／１０００サイクル
圧縮永久歪み  １５．０％
【００２９】
その材料は、従来のシリコンエラストマーの生体適合性および生体安定性に、熱可塑性のウレタンエラストマーの加工性およびじん性を組み合わせている。その材料は、非細胞傷害性かつ非溶血性であり、シリコン表面が低エネルギーであり、酸化に対する安定性が優れており、疎水性であり、引張強さが高く、光学的に透明である。
【００３０】
ＰｕｒＳｉｌ（商標）シリコン−ポリエーテルウレタンおよびＣａｒｂｏＳｉｌ（商標）シリコン−ポリカーボネートウレタンは、ソフトセグメントにシリコンを含有する真の熱可塑性共重合体である。こうした高強度の熱可塑性エラストマーは多段バルク合成によって用意され、ポリジメチルシロキサン（ＰＳＸ）は、ポリテトラメチレンオキシド（ＰＴＭＯ）（ＰｕｒＳｉｌ）またはヒドロキシル基を末端にもつ脂肪族ポリカーボネート（ＣａｒｂｏＳｉｌ）と共に重合体のソフトセグメントに組み込まれる。ハードセグメントは、低分子量グリコール鎖延長剤を有する、芳香族ジイソシアナート、ＭＤＩから構成される。次いで、共重合体鎖は、シリコン（または他の）Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ  Ｅｎｄ  Ｇｒｏｕｐｓ（商標）で終端する。脂肪族ジイソシアナートから合成されたハードセグメントを有するこれらの材料の脂肪族（ＡＬ）バージョンも利用可能である。ＰｕｒＳｉｌおよびＣａｒｂｏＳｉｌは、従来の押し出し成形法、射出成形法、または圧縮成形法によって溶解作製することができる。こうした材料から押し出されたロッド、ペレット、および管は、優れた表面仕上げおよび低いゲル含有量を呈する。さらに、これらの材料は、ヒートシール可能であり、容易に充填材とブレンドされ、容易に後成形される。代替の実施形態では、前記エラストマーは、米国Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、Ｏｈｉｏ所在のＬｕｂｒｉｚｏｌ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｎｃ．社製造のＴｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）ＳＧ−９３Ａ熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ポリエーテル）であり、これは公称ショアＡ硬度が８７である。その材料は特に溶液モールド法のために構築されている。他の代替の実施形態では、エラストマー材料は、ＣａｒｂｏＳｉｌ製品およびＴｅｃｏｆｌｅｘ製品と特徴が同様であり、本発明では６０から９５の範囲のショアＡ硬度が用いられる。
【００３１】
代替の実施形態では、前記人工半月は、国際公開第２００８／１４０７０３（Ａ２）号パンフレット５においてＫｅｅｌｅｙらによって教示されるタイプの１つまたは複数の合成ポリペプチド材料から作製される。それらの材料は、架橋に関与する少なくとも３つの連続的βシート／βターン構造および少なくとも１つの架橋性アミノ酸残基を含み、ここで、架橋性残基はβシート／βターン構造とは異なり、各ポリペプチドはアミノ酸長が１５０と５００との間であり、材料は固体または液体である。特定の態様では、βシート構造はそれぞれ、３から約７のアミノ酸残基を含んでよい。一部の実施形態では、架橋ポリペプチドンアミノ酸配列は同一であり；他の実施形態では、架橋ポリペプチドのアミノ酸配列は異なる。一部の実施形態では、材料はさらに、動物性材料、合成材料、または金属などの補強材料を含む。他の実施形態では、材料はさらに、非タンパクの親水性重合体を含む。一部の実施形態では、材料はさらに、ヒアルロナン部分などのグリコサミノグリカン部分を含む。一部の実施形態では、材料は、架橋ポリペプチドとグリコサミノグリカン部分の混合物を含む。他の実施形態では、架橋ポリペプチドは、グリコサミノグリカン部分に共有結合でリンクしている。一部の実施形態では、材料は、固体であり、パッド、シート、および靭帯様の構造の形態でよい。他の実施形態では、その材料は溶液または懸濁液などの液体である。
【００３２】
代替の実施形態では、前記人工半月は、高度の生体適合性を呈する親水性の重合体材料から作製される。好ましい実施形態では、前記材料は、ヒドロゲルであり、疎水性の共重合用単量体を組み込むことによってまたは架橋の程度を上昇させることにより、親水性単量体の比率の低下によって吸水率は低下しており堅さは上昇している。前記人工半月は、任意選択で、モノリシックに、または硬度が高いなど、異なる特徴を有する同様の材料の被覆を有するように作製される。適切なヒドロゲルは、ポリメタクリル酸ヒドロキシエチルなど、メタクリル酸塩およびアクリル酸塩をベースとするもの；ポリビニルアルコールをベースとするもの；コラーゲン、メチル化コラーゲン、またはコラーゲン化合物と架橋したアルブミンなどのタンパク質、およびナイロン６およびポリウレタン（Ｂｉｏｐｏｌ）などの縮合重合体を有する共重合体との化合物を含む、ポリエチレングリコールをベースとするもの；ポリエチレンオキシドをベースとするもの；およびポリビニルピロリジノンまたは加水分解型ポリアクリロニトリル（Ｈｙｐａｎシリーズのヒドロゲル）など、アクリルアミドまたはポリアクリルアミドをベースとするものである。他の代替の実施形態では、コラーゲン、アルギン酸塩、およびカラゲニンなどの自然の親水性重合体の変形型が用いられる。他のこのような材料は、セルロース、エーテルを形成するために容易に代用できる反応性水酸基を含有する多糖を誘導体化することによって作られるものである。典型的なそれらの材料は、カルボキシルメチル−セルロースナトリウム、およびヒドロキシエチル、およびヒドロキシプロピルセルロースである。こうした重合体の特性は分子量および置換の程度に応じて変わる。任意選択でその共重合体および化合物が用いられる他の化合物は、Ｉ型、ＩＩ型、およびＩＶ型のコラーゲン；ゼラチン；アガロース；プロテオグリカン、グリコサミノグリカン、または糖タンパク質を含有する細胞収縮コラーゲン；フィブロネクチン；ラミニン；生物活性のペプチド増殖因子；サイトカイン；エラスチン；フィブリン；ポリ乳酸、ポリグリコール酸、またはポリアミノ酸、ポリカプロラクトンまたはポリアミノ酸などのポリ酸から作製される合成高分子繊維である。前記人工半月がそれから形成される前述の化合物はいずれも、任意選択で、本明細書の他のところで説明するように、エレクトロスピニングを含む当技術分野で知られた様々な方法によって、または高張力材料１つまたは複数の薄層を積層することによって作られるコラーゲン超微小繊維によって補強される。
【００３３】
前記人工半月の最終形状のための前記モールド型は、前記半月の上側支持面および下側支持面にガラス様の滑らかな仕上げを提供するように、研磨した面を有して作製される。滑液による前記半月の潤滑を改善するために、前記支持面は、ポリ［２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン−ｃｏ−ｎ−ブチルメタクリル酸塩］［ポリ（ＭＰＣ−ｃｏ−ＢＭＡ）］を前記表面に含浸させることによってジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）を誘引するものにする方法４を用いて処理される。［ポリ（ＭＰＣ−ｃｏ−ＢＭＡ）］は、多くのポリウレタンも溶解する溶媒系に溶解できる、生体適合性がある、脂質を誘引する重合体である。ＤＰＰＣは滑液内で最も豊富なリン脂質である。前記方法では、ポリウレタンエラストマーを、ＢＭＡ（０．３モル／ｌ）および重合開始剤として安息香酸過酸化物（ＢＭＡに対して１重量％）を含有するエタノール溶液に１５時間浸漬し、その結果、表面がわずかに膨張する。その材料をエタノールで軽く洗浄し、次いで、ＭＰＣ（０．３モル／ｌ）を含有するエタノール溶液に３０分間浸漬する。第２の溶液から取り出した後で、その材料をブロット乾燥し、次いで、アルゴン雰囲気下において７０℃で５時間加熱して、材料表面に存在する単量体を重合化する。最後に、材料をエタノールで洗浄し、次いで、室温で２４時間真空乾燥する。その方法は、必要に応じて大量生産の場合に適用される。
【００３４】
代替の実施形態（図示せず）では、前記人工半月の滑らかな重合体の作動面は、適切な厚さのダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）層で被覆される。ＤＬＣは、ほとんどのセラミックよりも硬度が高く、生体不活性であり、摩擦係数が低い。必要な場合は、前記表面を、窒素のイオン注入、Ｏ２プラズマ処理などによる蒸着の前に変形させる。好ましい実施形態では、被覆が、パルスレーザー蒸着法、高周波プラズマＣＶＤ法、またはイオンビーム支援蒸着を用いて行われる。イオンビーム支援蒸着が最も好ましい。必要な場合は、より硬度の高い重合体材料から作られた滑らかで薄い可撓性の層が、前記被覆により良好な基盤を提供するように前記作動面に結合している。好ましい実施形態では、より硬度の高い材料の前記層は厚さが０．０５から０．５ミリメートルの範囲にあり、その材料は、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）など、引張強さが強い架橋ポリマーである。ＣＶＤ被覆は、多種多様の重合体材料に対して首尾よく実証されており、上記の名前の方法は受け入れ可能な温度で実行することができる。代替の実施形態（図示せず）では、被覆する前記重合体表面層は、前記ＤＬＣ被覆がそれと強固に結合する炭素ナノ繊維で密に含浸されている。
【００３５】
代替の実施形態（図示せず）では、前記人工半月の滑らかな重合体作動面は、適切な炭化物、窒化物、または酸化物の形態の耐摩耗性材料の薄層で被覆される。好ましい実施形態では、前記層は、無電解めっき法を用いてナノ粒子の懸濁溶液から堆積する。第１の実施形態では、前記表面は、まず、プラズマ処理し、次いで、前記表面を活性化させるように化学吸着によって金属触媒を導入する。典型的な金属触媒はＳｎＣｌ２およびＰｄＣｌ２である。第２の実施形態では、前記触媒は、ｓｃＣＯ２の溶解性および可塑化効果を利用して、超臨界二酸化炭素（ｓｃＣＯ２）を用いて前記表面に導入する。必要な場合は、より硬度の高い重合体材料の滑らかで薄い可撓性の層は、前記被覆により良好な基盤を提供するように前記作動面に結合する。好ましい実施形態では、より硬度の高い材料の前記層は厚さが０．０５から０．５ミリメートルの範囲にあり、その材料は、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）など、引張強さの高い架橋ポリマーである。
【００３６】
代替の実施形態（図示せず）では、前記人工半月の前記作動面の潤滑性は、ヒアリン軟骨層をその上に生成させることによって強化される。その実施形態では、適切な非常に多孔質の足場材料が、用意され、前記作動面に溶融されるかまたは別法で固定される。前記足場のための適切な材料は、メタクリル酸ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）およびメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）またはＨＥＭＡおよびジメタクリル酸グリコール（ＧＤＭＡ）を異なる架橋剤を用いて溶解可能なコラーゲンにグラフト重合することによって作られる合成ヒドロゲル；繊維加工技法を用いて押し出され線維形態に集合したポリグリコール酸（ＰＧＡ）；エレクトロスピニング法によって集合したポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド−ｃｏ−グリコリド）（ＰＬＧ）；加水分解型コラーゲン、アクリル酸（ＡＡ）アクリルアミド（ＡＡｍ）、および蒸留水と、Ｎ，Ｎ’メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡ）を用いた架橋の組み合わせのフリーラジカル重合体；コンピュータ制御のシリンジで溶融共重合体線維を３次元形態に制御蒸着により集合させた（ポリエチレングリコール−テレフタル酸−（ポリ）ブチレン−テレフタル酸（ＰＥＧＴ／μＰＢＴ）などの多孔質材料；ならびに当技術分野でよく知られた多くの他のものを含む。前記足場は、関節の軟骨細胞にシードされ、生体外で適切な条件下で培養される。前記軟骨の生成中には、適切に形成されたモールド型を、所望の表面形状が確実に生成されるように前記足場の表面に一定の期間利用する。前記軟骨の生成の後に、前記人工半月を本明細書で説明するようにして植え込む。
【００３７】
代替の実施形態（図示せず）では、米国特許出願公開第２０１０／０１２０１４９号明細書でＫｉｍらにより教示された方法から応用された方法を用いて、前記人工半月の作動面上に前記軟骨層が生成される。この実施形態では、重合体足場は、用意され、前記作動面に溶融されるかまたは別法で固定され、ヒドロゲルと混合された分化した関節の軟骨細胞が液体の形態で前記足場に塗布され、ゲル化する。次いで、前記軟骨細胞は、生体外で適切な条件下で培養される。この実施形態では、前記軟骨細胞は、懸滴培養、ペレット培養、微量培養、および回転培養を用いて、まず分化し、一緒に集められて、適切なサイズの細胞集合体を形成する。重合体足場への細胞集合体の上首尾のシーディングは、細胞集合体の平均直径を典型的には１０から８００μＭの範囲に調整する必要がある。細胞集合体の形成に使用される細胞の数は、使用するセルのタイプまたは単一のセルのサイズに応じて変更することができる。例えば、軟骨細胞または骨髄由来の間充織幹細胞が、１×１０３から１×１０７個の細胞の初代培養を受け、そのうちの１×１０３から１×１０６個の細胞が一緒に集まって、平均の直径が１０から８００μＭの範囲の細胞集合体を形成することができる。軟骨細胞分化の効率は細胞集合体のサイズに比例するので、細胞集合体が特定のサイズよりも大きいが重合体足場の細孔のサイズよりも過度に大きくない平均の直径を有する必要がある。過度に大きくなると、軟骨細胞分化を重合体足場の内部に誘導するのが難しくなる。分化した軟骨細胞の細胞集合体は、溶液の状態のヒドロゲルと混合されて、細胞集合体が一様に分散される細胞集合体−ヒドロゲル錯体が形成される。細胞集合体およびヒドロゲルは、１：１から１：１００の重量比で混合することができる。それにより、自然の軟骨と生理学的に同様の３次元環境の確立が可能になる。細胞集合体のごく一部は、軟骨生成に好ましくなく、細胞集合体から選択される軟骨形成に関係するＥＣＭ分子は、不成功に拡散および搬送され、その結果、軟骨形成の進行が遅くなる。本発明の適切なヒドロゲルは、これらに限定されるものではないが、フィブリン、ゼラチン、コラーゲン、ヒアルロン酸、アガロース、キトサン、ポリホスファジン、ポリアクリレート、ポリグラクティック酸、ポリグリコール酸、プルロニック酸、アルギン酸塩、塩などを単独使用でまたは混合物の形態で含む。ヒドロゲルマトリックスに一様に分散した、分化した軟骨細胞集合体の錯体は、溶液の状態で重合体足場に塗布され、ゲル状態に凝固して、細胞集合体−ヒドロゲル−重合体足場の錯体が得られる。ゲル化の方法は、使用するヒドロゲルのタイプに応じて変わり、重合体足場は、ヒドロゲルのために固定して担持する。重合体足場は、それらに限定されるものではないが、コラーゲン、ゼラチン、キトサン、アルギン酸塩、ヒアルロン酸、デキストラン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）、ポリカプロラクトン、ポリ無水物、ポリオルトエステル、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、ポリアクリル酸、ポリ−ｎ−イソプロピルアクリルアミド、ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（プロピレンオキシド）−ポリ（エチレンオキシド）共重合体、それらの共重合体、およびそれらの混合物を含む生分解性および生体適合性のある重合体から作製される。重合体足場への細胞集合体−ヒドロゲル錯体の上首尾のシーディングのために、重合体足場は、典型的には１０から８００μＭ、またはより具体的には、１００から５００μＭの範囲にある一様の細孔のサイズを有する相互連結する多孔質構造を有するべきである。さらに、重合体足場は、４０％から９７％の範囲の気孔率を必要とする。気孔率が４０％以下の場合は、細孔の相互連結性は著しく低下し、重合体足場の気孔率が９７％を超える場合は、その力学的強度は大幅に低下する。典型的には、重合体足場は、５０％から９７％、またはより具体的には、７０％から９５％の範囲にある気孔率を有するべきである。重合体足場は、例えば、キャスティング法／溶媒抽出法、ガスフォーミング法、相分離法、エレクトロスピニング法、ゲルスピニング法などを含む当技術分野でよく知られた方法を用いて、上記で詳述した生体適合性のある重合体から用意することができる。説明したような手法で作られる細胞集合体−ヒドロゲル−重合体足場錯体の構造は、分化した軟骨細胞の細胞集合体がヒドロゲルマトリックスに一様に分散して細胞集合体−ヒドロゲル錯体を形成し、細胞集合体−ヒドロゲル錯体が重合体足場の表面上で不動化され、同時にその細孔を満たすようになっている。細胞集合体−ヒドロゲル−重合体足場錯体は以下の利点を有する：単一の細胞でなく細胞集合体を使用することで細胞内相互作用の程度が高くなるので軟骨細胞分化を効率的に誘導することができる；ヒドロゲルは自然の軟骨と生理学的に同様の３次元の環境を作り出す；細胞集合体−ヒドロゲル−重合体足場錯体はさらに軟骨細胞分化の効率を改善する；重合体足場の使用により、軟骨細胞分化中に力学的に高い強度、正確な形状、可撓性、および一様の形態を維持することが可能になる；細胞集合体−ヒドロゲル−重合体足場錯体により、力学的に高い強度、可撓性、および一様の形態を有する軟骨の組織が提供される。この実施形態では、前記重合体足場は、まず、前記人工半月の前記作動面に溶融されるかまたは別法で固定され、その後、液体形態の前記細胞集合体−ヒドロゲル錯体が塗布される。好ましい実施形態では、前記重合体足場は、典型的には、厚さが０．５から３ミリメートルの範囲である。
【００３８】
別の代替の実施形態（図示せず）では、前記人工半月の前記作動面に溶融されるかまたは別法で固定される足場材料が関節の軟骨細胞にシードされ、前記作動面は、骨様のミクロ構造のβ−リン酸三カルシウム層がその上に堆積するフッ素入りヒドロキシアパタイト被覆の生成によって用意される。前記被覆および前記層は、通常軟骨下骨に当接する石灰化した関節軟骨の層を模擬する。前記フッ素入りヒドロキシアパタイト被覆は、任意選択で、ｓｃＣＯ２の溶解性および可塑化効果を利用して、超臨界二酸化炭素（ｓｃＣＯ２）を用いて前記作動面に導入される。
【００３９】
前記人工半月の支持面と大腿脛骨関節軟骨との間の滑液の分配を改善するために、ネットワーク状の細いチャネルが前記支持面の一方または両方にモールド成形される。好ましい実施形態では、前記チャネルは幅が０．２５と２．０ミリメートルとの間であり、深さが０．２５と２．０ミリメートルとの間であり、部分的に球形または他の適切な断面形状を有し、１．０と５．０ミリメートルとの間の距離だけ離れており、ほぼ径方向および円周方向に配向される。同じ目的で、前記支持面のいずれかまたは両方が、各点において表面にほぼ垂直に配向された凹所との前記チャネルの交点のうちの一部または全てに設けられ、凹所の深さが０．５と５．０ミリメートルとの間にあり、直径が０．５と５．０ミリメートルとの間にある。同じ目的で、前記支持面のいずれかまたは両方が各点において表面にほぼ垂直に配向された凹所を備え、前記凹所の深さが、０．５と５．０ミリメートルとの間にあり、直径が０．５と５．０ミリメートルとの間にあり、前記凹所が、０．５と１０ミリメートルとの間の距離だけ互いに離れている。
【００４０】
代替の実施形態（図示せず）では、前記半月のいずれかまたは両方の支持面が、軟質でより柔軟なベース材料から作られた薄層を備え、前記薄層の厚さは、好ましくは、０．１から２．０ミリメートルの範囲にある。より柔軟な支持面を提供することによって、この実施形態は、微小弾性流体潤滑をより良好に実現できる。
【００４１】
半月の負傷もしくは劣化の診断にまたは関節構成要素のサイズおよび形状の測定に磁気共鳴映像法が用いられる場合は、好ましい実施形態では、米国の１１０  Ｍａｒｃｕｓ  Ｄｒｉｖｅ、Ｍｅｌｖｉｌｌｅ、ＮＹ１１７４７所在のＦｏｎａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製造の切り離しタイプの膝コイルを用いた撮像装置が採用される。
【００４２】
本明細書で説明した置の任意の一部分および／または方法の任意の一部分の実現可能な任意の組み合わせが、本明細書によって開示されたと見なされるべきである。
【００４３】
参照文献：
１．Ｆｕ  Ｆ．Ｈ．，Ｔｈｏｍｐｓｏｎ  Ｗ．Ｏ．、Ｍｏｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｅｎｉｓｃｕｓ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｋｎｅｅ  Ｆｌｅｘｉｏｎ。Ｉｎ：Ｍｏｗ  Ｖ．Ｃ、Ａｍｏｃｚｋｙ  Ｓ．Ｐ．、Ｊａｃｋｓｏｎ  Ｄ．Ｗ．，ｅｄｓ。Ｋｎｅｅ  Ｍｅｎｉｓｃｕｓ：Ｂａｓｉｃ  ａｎｄ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ。Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ：Ｒａｖｅｎ  Ｐｒｅｓｓ、１９９２年：Ｃｈａｐｔｅｒ６、図２０および図２１。
２．Ｖｅｄｉ  Ｖ．、Ｗｉｌｌｉａｍｓ  Ａ．、Ｔｅｎｎａｎｔ  Ｓ．Ｊ．、Ｓｐｏｕｓｅ  Ｅ．、Ｈｕｎｔ  Ｄ．Ｍ．、Ｇｅｄｒｏｙｃ  Ｗ．Ｍ．Ｗ．（１９９８年）。Ｍｅｎｉｓｃａｌ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔ：Ａｎ  Ｉｎ−ｖｉｖｏ  Ｓｔｕｄｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｙｎａｍｉｃ  ＭＲＩ。Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｏｎｅ  ＆  Ｊｏｉｎｔ  Ｓｕｒｇｅｒｙ（Ｂｒ）１９９９年；８１−Ｂ３７−４１。
３．Ｈａｍａｍｏｔｏ  Ｋ．、Ｔｏｂｉｍａｔｓｕ  Ｍ．Ｄ．、Ｚａｂｉｎｓｋａ−Ｕｒｏｄａ  Ｋ．（２００４）。Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｃｈａｎｇｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｅｎｉｓｃｉ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｄｅｅｐ  Ｋｎｅｅ  Ｆｌｅｘｉｏｎ。Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｔｈｅｒ．Ｓｃｉ．Ｖｏｌ．１６  Ｎｏ．２、２００４年
４．Ｗｉｌｌｉａｍｓ  ＩＩＩ  Ｐ．Ｆ．、Ｐｏｗｅｌｌ  Ｇ．Ｌ．、Ｌｏｖｅ  Ｂ．、Ｉｓｈｉｈａｒａ  Ａ．、Ｎａｋａｂａｙａｓｈｉ  Ｎ．、Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｒ．、ＬａＢｅｒｇｅ  Ｗ．（１９９４年）。Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｉｐａｌｍｉｔｏｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｉｄｙｌｃｈｏｌｉｎｅ−ａｔｔｒａｃｔｉｎｇ  Ｅｉａｓｔｏｍｅｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ。
５．Ｋｅｅｌｅｙら、国際公開第２００８／１４０７０３（Ａ２）号パンフレット。Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｐｅｐｔｉｄｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｒｅｐａｉｒ  ａｎｄ  Ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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