(57)【要約】  本発明は、耐摩耗性を増加させ、骨／インプラント接触面での生理的反応を高め、応力遮蔽を減じるために、全膝置換／関節形成術サービングにおいて使用されるポリマー系大腿骨および／または脛骨コンポーネントインプラントを含む。当該インプラントは、積層造形法（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）によって作製することができる。当該インプラントの関節面（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）は、いかなる添加材も含まず、または改良された摩擦学的応答のための添加材を含有する形態において、実現され得る。さらに、本明細書において開示されるデバイスは、生体活性添加材を含有する、その純粋な形態において存在し得る自己骨と接触する接触表面（すなわち、骨／インプラント接触面）を含む。当該インプラントは、生物学的応答の向上および固定の向上のため、当該骨／インプラント接触面において多孔質構造を有する。それらにおける当該添加材および組織分布的構造の深さは、本明細書において開示される技術によって制御される。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節表面と骨／インプラント接触面とを含むポリマー系膝インプラントであって、前記骨／インプラント接触面が多孔質であり、前記インプラントはＰＡＥＫ種（ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＫＥＫＫ、など）、またはＰＥ種（ＰＥ、ＨＤＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ、ＸＬ−ＰＥ、Ｖｉｔ−Ｅ−ＰＥ）を含むポリマー性材料を有する、ポリマー系膝インプラント。
【請求項２】
前記多孔質骨／インプラント接触面が、好ましくは０．１ｍｍから１０ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍから５ｍｍ、最も好ましくは０．３ｍｍから１ｍｍの細孔サイズを有する、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項３】
前記骨／インプラント接触面が、生体活性添加材を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項４】
前記関節表面が、高耐摩耗性の生物不活性組成物を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項５】
さらに、固定ペグを含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項６】
１つまたは複数の構成部分からなり、少なくとも１つの構成部分が、生体不活性ポリマーを含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項７】
前記１つまたは複数の構成部分が、生体活性添加材を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項８】
前記生体活性添加材が、リン酸カルシウム誘導体である、請求項７に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項９】
前記１つまたは複数の構成部分が、生体活性添加材の傾斜機能性層を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の構成部分が、生体不活性ポリマー、生体活性添加材、骨伝導性添加材、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１１】
前記１つまたは複数の構成部分が、生体不活性ポリマーを含み、前記骨／インプラント接触面は多孔質である、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の構成部分が、生体不活性ポリマーを含み、前記関節表面は、耐摩耗性添加材を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の構成部分が、耐摩耗性添加材の傾斜機能性層を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１４】
前記関節表面が、耐摩耗性添加材の傾斜機能性層を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１５】
前記耐摩耗性添加材が、炭素、ガラス、ポリマー系、セラミック系、金属系、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物である、請求項１２から１４に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の構成部分が、生体不活性ポリマーを含み、前記関節表面は、耐摩耗性添加材を含み、前記骨／インプラント接触面は、生体活性添加材、骨伝導性添加材、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の構成部分が、生体不活性ポリマーを含み、前記関節表面は、耐摩耗性添加材を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１８】
前記１つまたは複数の構成部分が、生体不活性ポリマーおよび生体活性添加材を含み、前記関節表面は、耐摩耗性添加材を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項１９】
強化添加材を含む、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２０】
前記強化添加材が、繊維状材料、粒状材料、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物である、請求項１９に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２１】
前記繊維状材料が、炭素系、ポリマー系、ガラス、セラミック系、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物である、請求項２０に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２２】
前記炭素系繊維状材料が、炭素繊維、ピッチ由来の炭素繊維、ＰＡＮ由来の炭素繊維、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物である、請求項２１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２３】
前記粒状材料が、ポリマー系、金属系、セラミック系、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物である、請求項２０に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２４】
混合、混錬、押出加工、射出成形、多成分射出成形、混合注入成形、二段階射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形、ホットプレス、ホットアイソタクチックプレス、積層造形法、またはそれらの組み合わせによって製造される、請求項１から２３に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２５】
前記多孔性が、砥粒噴射加工、塩浸出法、マトリックス溶解、積層造形法、またはそれらの組み合わせ、より好ましくは積層造形法によって製造される、請求項１に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２６】
生体不活性ポリマーを生体活性添加材と混合して混合材料を形成した後に、積層造形法によって製造される、請求項２５に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２７】
前記混合材料の前記製造が、フィラメント中への二軸式溶融混練によって達成される、請求項２６に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２８】
前記フィラメントが、１．５ｍｍから３．２５ｍｍの間の直径を有する、請求項２７に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項２９】
前記フィラメントが、約２０重量％までの前記生体活性添加材を含有する、請求項２７に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項３０】
３８０℃から４４０℃の間のプリントヘッド温度において積層造形法によって印刷される、請求項２５に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項３１】
１１０℃から１６０℃の間の印刷床温度において積層造形法によって印刷される、請求項２５に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項３２】
１０ｍｍ／秒から４０ｍｍ／秒の間の印刷速度において積層造形法によって印刷される、請求項２５に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項３３】
熱的にアニール処理される、請求項１から３２に記載のポリマー系膝インプラント。
【請求項３４】
前記アニール処理が、１４０℃から２５０℃の間の温度において実施される、請求項２５に記載のポリマー系膝インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、より高い耐摩耗性、増強された骨／インプラント接触面の骨結合、減じられた第三体摩耗の可能性、迅速な術後治癒、および骨密度（ｂｏｎｅ  ｍｉｎｅｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）に対する応力遮蔽の有害効果を減じる努力におけるインプラントから自己骨構造体へのより効率的な負荷伝達を有するようなインプラントを提供することを目的とする、整形外科インプラント用途における使用のためのデバイスに関する。本発明は、膝インプラントコンポーネントの耐摩耗性を増加させること、ならびに膝インプラントと大腿骨遠位部および／または脛骨の自己端部との間の接触面において生理的結合を誘起することを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
高齢化人口の増加に伴って、人工インプラントに対する需要が急速に高まっている。この分野に対する注目の大半は、新規の技術を開発することまたは既存の技術を変更すること、改良された材料を供給すること、ならびに大関節置換／修復のための方法に向けられている。大関節は、肩関節、股関節、膝関節、および足関節に属するものを含み、損傷した、または病気の、または機能不全の自己構造体を取り換えるための有益なデバイスを提供する努力において、独特なシステムが、それぞれのために設計されている。
【０００３】
金属系および／またはセラミック系インプラントは、大関節インプラントにとって必要な高い機械的特性を提供するが、それらは、それらの有効性および耐用年数を減少させ、患者の日常生活（例えば、歩行、しゃがみなど）において行われる活動の際における可能性のある有害な生物学的反応を導入する、という欠点も伴う。例えば、全膝置換において、ＣｏＣｒ大腿膝インプラント（ならびに他の金属製および／またはセラミック製材料のもの）は、研磨して滑らかな表面を作り出すこと、自己骨への適切な固定を提供すること、および信頼性の高い耐摩耗性を提供することが容易であるため、一般的に使用される。
【０００４】
これらの金属製および／またはセラミック製大腿膝インプラントは、全膝置換市場の大部分（ならびに他の大関節再建部門における市場の大部分）を占めるが、それらが有する機械的特性は、これらの材料が長期の適用において患者の健康に対して有害であり得る片方向を導入する。これらのタイプの材料の機械的特性および耐摩耗性は望ましいが、それらの機械的特性が自己骨に勝っていることは、一般的に、懸念事項である。
【０００５】
詳細には、金属系および／またはセラミック系の大腿膝インプラントの高い機械的特性は、一貫して大腿骨遠位部における骨密度の低下につながることが明らかとなっている。ウォルフの法則に従い、自己骨が負荷下にない場合、それは、再構築を受け、新たに加えられた負荷に基づいて、修正された構造を再生させるであろう。金属系および／またはセラミック系の大腿膝インプラントの場合、当該インプラントは、大腿骨の遠位末端に対して典型的に加えられる負荷を担い、その結果、大腿骨の当該遠位末端は、骨密度の減少を生じるに従い、再構築される。骨密度のこの減少に続いて生じるその後の懸念としては、インプラントの緩みの可能性、第三体摩耗の開始、増加する修正手術手順の困難さ、および／またはインプラントの故障が挙げられ、それらは、対処されなければならない。
【０００６】
さらに、これらの金属系および／またはセラミック系のインプラントは、それらが放射線不透過性である点において問題が多く、患者にアレルギー反応を引き起こす可能性があり、有毒な副成分を患者の身体内に放出する場合があり、機械的刺激に起因する酸化および腐食の傾向があり、ならびにこれらの理由の多くに起因して機械的に故障すること、および大腿骨の遠位末端への長期の固定の低下に起因して初期固定部位から離れて移動する傾向が記録されている。これらの要因の多さは、これら特定の用途におけるポリマー系材料の実現へと移行する現在の状況を引き起こした。インプラント材料の関心におけるこれらの移行は、自己骨の機械的特性に酷似するように調節することができる多くのポリマー系材料の機械的特性、ならびに加工の容易さ、放射線透過性、患者におけるアレルギー反応がないこと、および現在使用される金属製インプラントの酸化および腐食電位の除去に起因している。さらに、ポリマー性材料の特定種は生体不活性であり、したがって、移植に対するあらゆる有害なシステム効果の可能性を除去する。
【０００７】
特に興味深いことに、熱可塑性ポリマー種のポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）およびその誘導体（すなわち、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルエーテルケトン、および他の誘導体ポリマー）の開発が、最近、増加している。ポリエチレンおよびその誘導体、すなわち、超高分子量ポリエチレン、ビタミン−Ｅ注入ポリエチレン、および架橋ポリエチレン、は、対向するインプラントが相対して関節を成す表面として、大関節再建において、一般的に実用化されているが、全膝交換術における大腿骨および／または脛骨コンポーネントとしてのその使用は、同じようには注目されていない。さらに、最近の研究は、現在使用されているポリエチレンインプラント、例えば、脛骨プレート、寛骨臼ライナーなど、に由来する摩耗破片粒子が、マクロファージとその後のサイトカイン分泌とによって食細胞活動を誘起する細胞プロセスを活性化し、骨再吸収を引き起こして、最終的に骨溶解を生じることを示している。このプロセスは、金属系および／またはセラミック系の大腿骨インプラントに付随する応力遮蔽において見られる骨喪失とは異なっているが、最終的に、インプラントの緩み、骨密度の減少、およびインプラントの故障を伴う同じ結果を生じる。さらに、大腿骨遠位部が、骨密度を失う場合、応力遮蔽と同じように修正手術手順の困難さが増加し、結果として、理想的とは言えない修正手術手順および患者の命の持続期間における修正されたインプラントのその後の耐久生存率をもたらす。
【０００８】
骨密度の減少の問題に関連した付随する問題は、大腿骨への当該インプラントの固定の問題である。典型的には、大腿骨遠位部は、大腿膝インプラントが当該骨上に適合するように、切除される。当該骨への固定を確実にするための技術の中で、２つのタイプの大腿骨インプラント：セメント固定式およびセメントレス、が使用されている。セメントによる固定は、術後の微小運動および移動を減少させるために、当該骨／インプラント接触面において、骨セメント、典型的にはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、の使用を用いる。このタイプの固定は、セメントと骨との間およびセメントとインプラントとの間の両方における強い機械的結合を必要とする。初期固定は、セメント固定技術にとって適切であるが、長期間の研究において微小運動が生じ得ることがわかっている。この方法を選択する場合に考慮する重要な因子のいくつかは、第三体摩耗の可能性、関節外衝突、手術時間の増加、修正手術のより高い複雑さ、骨の温熱壊死、および大腿管におけるセメントの与圧の際の脂肪塞栓の可能性である。一般的に使用される骨セメントは、生体吸収性ではなく、分解されないため、インプラントの耐用年数に対するその存在は、当該セメントが緩むようになる機会および関節表面（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）の間への蓄積を継続的にもたらし、それは、時期尚早なインプラントの故障につながる。その反面、セメントレス固定は、骨成長を誘引するのに役立つ表面トポグラフィに依拠する。この方法は、典型的に、多孔性などの形態上の変化および／または大腿骨遠位部に接触する大腿膝インプラントの表面への生物学的に活性なコーティングに依拠する。セメントレスインプラントに見出される利点は、固定が、インプラント上への骨成長のような生理的結合を介して生じる点、ならびにセメント固定されたインプラントと比較した場合の長期間の安定性である。セメントレスインプラントは、最初の３か月において小さい術後性微小運動が見られるが、それらは、典型的には、この時点の後には安定に達し、セメント固定式技術と比較して同等もしくはより良い耐久生存率を示す。さらに、この技術は、インプラントを取り換えるために除去する必要のある残留セメントが骨とインプラントとの間に存在しないため、修正手術手順が必要な場合に、その困難さのレベルを増加させない。その上、膝インプラントの大腿骨コンポーネントの関節表面において生じる摩耗が、患者の日々の活動（例えば、歩行、しゃがみなど）において生じ、それは、不快感、骨損傷、および最終的にインプラントの故障を生じ得るが、それは、本明細書において開示される発明によって対処される。関節接触面（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）への耐摩耗性添加材の添加は、生物学的に好ましい反応および優れた機械的特性を維持しつつ、インプラントのトライボロジ的性質を増加させることができる。
【０００９】
骨／インプラント接触面は、典型的には、インプラントと自己骨との間の生理的結合が失われることによって故障する傾向にある。本発明は、２つのプラットフォーム：（１）骨／インプラント接触面における生体添加材の層の導入、および／または（２）組織的または非組織的な方式における微細孔および／または巨大孔を有する骨／インプラント接触面での多孔質トポグラフィ、によって、自己骨に対するこのインプラントの接着を向上させることを目的とする。これらの技術は両方とも、独立して、またはシステムとして一緒に、使用され得、骨／インプラント接触面での骨成長を開始および／または持続させることができる。さらに、骨／インプラント接触面における生理的に駆動される結合の存在は、他の現在使用される技術、例えば、セメント固定式および／またはセメントレス大腿骨インプラントと比較して、当該接触面にわたってならびに大腿骨中への改良された負荷伝達を提供するのにも役立ち得る。骨／インプラント接触面における生理的結合の発生は、非生理的結合とは対照的に、当該接触面にわたってのより効率的で関連する負荷伝達につながり得、結果として、ウォルフの法則に従って骨密度を維持する当該骨の能力につながり得る。さらに、生体添加材の存在および／または骨／インプラント接触面でのポリマー性マトリックスにおいて見出される多孔質表面が急速な骨成長を引き出し得るため、本発明は、より迅速な術後治癒を促進する可能性を有する。その未使用形態においてポリマー系材料を含むか、または添加材を含有する当該インプラントの関節表面は、当該関節接触面での耐摩耗性を増加させることができる。
【００１０】
この技術の選択における重要な因子としては、良好な骨質の必要性、移植前の骨切除の正確さ、および早期の術後微小運動の問題が挙げられる。その上、手術時間、セメント、およびセメント固定技術に必要な混合設備を考慮する場合、この技術の対する欠点として一般的に見られる、インプラントあたりの価格の増加は、軽減される。このセメントレス技術は、より一般的に、脛骨インプラントに対して使用されるが、その既知の恩恵は、増強された固定、負荷伝達、および大腿膝インプラントにおける生体結合を提供し得る。
【００１１】
インプラントと大腿骨との間の固定および負荷伝達を改良する最近の努力により、骨／インプラント接触面における多孔質構造の移植に対する調査が行われている。当該骨／インプラント接触面におけるこの多孔性は、インプラント中への骨成長を可能にし、その結果、インプラントの安定性全体および潜在的耐久生存率を高める。多孔質チタンは、骨成長に対するその望ましい反応が広く報告されているため、この特定の適用に対するリード材料選択であった。しかしながら、これらのタイプの多孔質Ｔｉインプラントにおける骨成長は、十分かもしれないが、応力遮蔽の問題は依然として存在し、結果として、現在使用されている金属系および／またはセラミック系の大腿膝インプラントと同じ有害な結果を生じ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、膝インプラントコンポーネントの耐摩耗性を増加させること、ならびに当該膝インプラントと自己の大腿骨遠位部および／または脛骨の末端との間の接触面において生理的結合を引き起こすことを対象とする。関節接触面への耐摩耗性添加材の添加は、生物学的に好ましい反応および優れた機械的特性を維持しつつ、当該インプラントのトライボロジ的特性を増加させることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、積層造形法（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）によって作製された膝インプラントも対象とする。
【００１４】
さらに、本発明は、非多孔質膝インプラントと比較して、向上した生物学的反応および向上した固定を提供する多孔質膝インプラントも対象とする。
【００１５】
その上、本発明は、ＰＡＥＫ種（ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＫＥＫＫなど）を含むポリマー性材料を有する多孔質膝インプラントも対象とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
整形外科インプラントの関節接触面において生じる摩耗は、術後、患者の毎日の活動において生じ、それは、本明細書において開示される発明において対処される。低摩耗性ポリマー種の実施ならびに当該ポリマー種マトリックスへの耐摩耗性添加材の導入は、摩耗率の低下と、その後のより長い有効寿命および患者の快適な暮らしを提供することができる。関節表面での、低摩耗性ポリマー種の実施ならびに／あるいは当該ポリマー種と繊維、微粒子、および／またはそれらの組み合わせとの複合化、による摩耗率の低下も、摩耗破片の発生およびその後の不都合な生物学的反応を減じるであろう。さらに、応力遮蔽を減じ、それによりインプラントの近くの骨における骨密度を維持しようとする努力において、同時に、インプラントの機械的特性を自己骨により密接に適合するように変更するために、摩耗補強材を調節することができる。
【００１７】
骨／インプラント接触面は、典型的には、インプラントと自己骨との間の生理的結合が失われることによって故障する傾向にある。本発明は、２つのプラットフォーム：（１）骨／インプラント接触面における生体添加材の層の導入、および／または（２）組織的または非組織的な方式における微細孔および／または巨大孔を有する骨／インプラント接触面での多孔質トポグラフィ、によって、自己骨に対するこのインプラントの接着を向上させることを目的とする。これらの技術は両方とも、独立して、またはシステムとして一緒に、使用され得、骨／インプラント接触面での骨成長を開始および／または持続させることができる。さらに、骨／インプラント接触面における生理的に駆動される結合の存在は、他の現在使用される技術、例えば、セメント固定式および／またはセメントレス大腿骨および／または脛骨インプラントと比較して、当該接触面にわたってならびに大腿骨および／または脛骨中への改良された負荷伝達を提供するのにも役立ち得る。骨／インプラント接触面における生理的結合の発生は、非生理的結合とは対照的に、当該接触面にわたってのより効率的で関連する負荷伝達につながり得、結果として、ウォルフの法則に従って骨密度を維持する当該骨の能力につながり得る。さらに、生体添加材の存在および／または骨／インプラント接触面でのポリマー性マトリックスにおいて見出される多孔質表面が急速な骨成長を引き出し得るため、本発明は、より迅速な術後治癒を促進する可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
開示される本発明のいくつかの例示的実施形態を実施例として示すが、それらは、本発明の制限として理解されるべきではない。
【図１】関節表面１および骨／インプラント接触面２を示す典型的な大腿膝インプラントを表す。
【図２】関節表面１と、骨／インプラント接触面２と、一次インプラント固定を支援するために一般的に実施されているペグとを示す、典型的な大腿膝インプラントを表す。
【図３】多孔質骨／インプラント接触面４が当該骨／インプラント接触面からの制御された厚さ５まで実施されている、プラットフォームの１つを表す。
【図４】生体活性添加材を含有する多孔質骨／インプラント接触面６が当該骨／インプラント接触面からの制御された厚さ７まで実施されている、プラットフォームの１つを表す。
【図５】耐摩耗性複合関節表面８が当該関節表面からの制御された厚さ９まで実践されている、プラットフォームの１つを表す。
【図６】耐摩耗性複合関節表面８が、当該関節表面からの制御された厚さ９まで実施されており、ならびに多孔質骨／インプラント接触面４が、当該骨／インプラント接触面からの制御された厚さ５まで実施されている、プラットフォームの１つを表す。
【図７】耐摩耗性複合関節表面８が、当該関節表面からの制御された厚さ９まで実施されており、ならびに生体活性添加材６を含有する多孔質骨／インプラント接触面が、当該骨／インプラント接触面からの制御された厚さ７まで実施されている、プラットフォームの１つを表す。
【図８】脛骨トレープラットフォーム１０、安定化フィン１１、および安定化ポスト１２を示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図９】脛骨トレープラットフォーム１０、ならびに表面多孔質安定化フィン１３と表面多孔質安定化ポスト１４とを含む本明細書において開示される発明のプラットフォームの１つを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１０】表面多孔質安定化フィン１３と、表面多孔質安定化ポスト１４と、表面細孔を含む当該脛骨トレープラットフォームの下側面１５とを含む本明細書において開示される発明のプラットフォームの１つを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１１】脛骨トレープラットフォーム１０、ならびに生体活性添加材を含有する表面多孔質安定化フィン１６と生体活性添加材を含有する表面多孔質安定化ポスト１７とを含む本明細書において開示される発明のプラットフォームの１つを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１２】生体活性添加材を含有する表面多孔質安定化フィン１６と、生体活性添加材を含有する表面多孔質安定化ポスト１７と、生体活性添加材を含有する表面細孔を含む脛骨トレープラットフォームの下側面１８とを含む本明細書において開示される発明のプラットフォームの１つを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１３】安定化フィン１１と、安定化ポスト１２と、摩耗強化複合脛骨トレープラットフォーム１９とを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１４】摩耗強化複合脛骨トレープラットフォーム１９、ならびに表面多孔質安定化フィン１３と表面多孔質安定化ポスト１４とを含む本明細書において開示される発明のプラットフォームの１つを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１５】摩耗強化複合脛骨トレープラットフォーム１９、ならびに表面多孔質安定化フィン１３と、表面多孔質安定化ポスト１４と、表面細孔を含む脛骨トレープラットフォームの下側面１５とを含む本明細書において開示される発明のプラットフォームの１つを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１６】摩耗強化複合脛骨トレープラットフォーム１９、ならびに生体活性添加材を含有する表面多孔質安定化フィン１６と生体活性添加材を含有する表面多孔質安定化ポスト１７とを含む本明細書において開示される発明のプラットフォームの１つを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１７】摩耗強化複合脛骨トレープラットフォーム１９、ならびに生体活性添加材を含有する表面多孔質安定化フィン１６と、生体活性添加材を含有する表面多孔質安定化ポスト１７と、生体活性添加材を含有する表面細孔を含む脛骨トレープラットフォームの下側面１８とを含む本明細書において開示される発明のプラットフォームの１つを示す、典型的な脛骨ベースプレートインプラントを表す。
【図１８】脛骨ベースプレート２０および典型的な骨／インプラント接触面２１への接続を示す、脛骨内の適切な位置に脛骨ベースプレートを保持する安定化挿入体を表す。
【図１９】脛骨ベースプレート２０および表面多孔質骨／インプラント接触面２２への接続を示す、脛骨内の適切な位置に脛骨ベースプレートを保持する安定化挿入体を表す。
【図２０】脛骨ベースプレート２０および生体活性添加材を含有する表面多孔質骨／インプラント接触面２３への接続を示す、脛骨内の適切な位置に脛骨ベースプレートを保持する安定化挿入体を表す。
【図２１】Ａ、Ｂ、およびＣは、生体活性添加材を含有するポリマー材料の組成データを表す。熱重量分析は、生体活性添加材が、混合された材料の約２０重量％を占めることを示している。示されるポリマー性材料は、ポリエーテルエーテルケトンであり、その一方で、生体活性添加材は、二相性リン酸カルシウム（ＢＣＰ）、すなわち、リン酸カルシウム誘導体、である。
【図２２】小さい細孔は、約０．３５ｍｍから約０．５ｍｍの範囲内であり、その一方で、大きい細孔は、約０．５５ｍｍから約２ｍｍの平均サイズを有するとして定義されることを示す、試験体の平均細孔サイズを表す。したがって、傾斜多孔性（ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を有する試料は、ある多孔性の層が、第２の異なる多孔性の層の下に連続して存在するような、小さい細孔と大きい細孔のミックスである。
【図２３】多孔質表面が骨−インプラント接触面に使用される場合の静的負荷引き離し力解析において見出される、固定における向上を表す。
【図２４】静的圧縮負荷下において試験した場合の、インプラントの骨インプラント接触面に多孔質構造を付与した場合の破壊までの屈曲反応における増加を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書において使用される専門用語は、本発明の特定の実施形態を説明する目的のために選択されるが、それらは、本発明の制限を与えること意図しない。本明細書において、用語「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、関連する一覧された用語の１つまたは複数のあらゆる組み合わせを包含する。さらに、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書において、述べられた特徴、手順、成分、要素、幾何学的形状、および／または他の特性の存在を指定するが、１つまたは複数のさらなる特徴、手順、成分、要素、幾何学的形状、および／またはそれらの他の特性の存在および／または追加を妨げないと理解されるべきである。
【００２０】
特に明記されない限り、科学的および／または技術的な性質のものを含めて、全ての用語は、本発明の分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有すると理解されるべきである。さらに、一般的性質のものなどの用語は、関連分野および／または本開示の範囲におけるそれらの意味に一致する意味を有すると解釈されるべきであり、当該用語が本明細書において明確に定義されずに、過度に正式な意味において解釈されるべきではない。
【００２１】
本明細書において開示される発明の説明において、いくつかの技術および／または工程が開示されることは理解されるであろう。これらの述べられた技術および／または工程のそれぞれは、個々の恩恵を有し、ならびにそれぞれは、他の本明細書において開示される技術および／または工程の１つまたは複数と共に使用することもできる。したがって、この説明は、明瞭さのために、不必要な方法においてこれらの個々の工程の全ての可能な組み合わせを繰り返すことを控えるが、本発明および特許請求の範囲内に存する可能な技術および／または工程の限定と理解されるべきではない。
【００２２】
新規の装置、好ましい（しかし、限定ではない）実施形態、複合材の仕様、および本発明を実践するための方法が、本明細書において説明される。以下の説明において、説明目的のため、具体的な詳細が、本発明の十分な理解を提供するために説明される。しかし、これらの特定の詳細事項を用いずとも本発明を実施することができるということは、当業者には明らかであろう。
【００２３】
本明細書における開示は、本発明の例示としてのみ見なされるべきであり、本明細書において説明および図によって例示される特定の実施形態への本発明の限定として理解されるべきではない。
【００２４】
本発明は、好ましい実施形態を表す添付の図を参照することによって以下において説明されるであろうが、それは、本発明の潜在的実施形態を制限するものではない。
【００２５】
図１は、関節表面１および骨／インプラント接触面２を表す典型的な大腿膝インプラントを表している。図２は、示された関節表面１および骨／インプラント接触面２ならびに当該インプラントの一次固定を支援するために一般的に使用される固定ペグ３を有する、典型的な大腿膝インプラントの第２の潜在的実施形態を示している。これらの実施形態における関節表面１は、対向する脛骨コンポーネントに相対して関節を成すため、典型的には、毎日の活動の際に当該インプラントにおける最も高い摩耗率を受ける。当該骨／インプラント接触面２は、概して、固定ペグ３および／または骨セメント、典型的にはＰＭＭＡ、の使用により大腿骨遠位部に固定される。この固定は、適切な一次固定を有するが、当該インプラントの長期の研究により、機能しなくなることが知られている。
【００２６】
図３は、関節表面１と、骨／インプラント接触面から測定された制御された多孔性の厚さ５を有する多孔質骨／インプラント接触面４とを表す、本発明における可能な実施形態の１つを表している。当該多孔質骨／インプラント接触面４の導入は、より急速な骨成長を引き起こすこと、ならびにペグまたは骨セメントを使用せずにその後の長期間の固定が可能であり得、したがって、それぞれ、潜在的な応力集中ゾーンおよび潜在的な第三体摩耗粒子を除去することが可能であり得る。さらに、制御された多孔性の厚さ５は、関節表面１に影響を及ぼすことなく、したがって摩耗特性に影響を及ぼすことなく、自己骨からの生理的反応を高めることを可能にする。
【００２７】
図４はさらに、当該骨／インプラント接触面から測定された、制御された多孔性の厚さおよび生体活性添加材の浸透７を有する生体活性添加材を含有する多孔質骨／インプラント接触面６を表している。生体活性添加材を含有する当該多孔質骨／インプラント接触面６の導入は、より急速な骨成長を引き起こすこと、ならびにペグまたは骨セメントを使用せずに、その後の長期間の固定が可能であり得、したがって、それぞれ、潜在的な応力集中ゾーンおよび潜在的な第三体摩耗粒子を除去することが可能であり得る。さらに、当該制御された多孔性の厚さおよび生体活性添加材の浸透７は、関節表面１に影響を及ぼすことなく、したがって摩耗特性に影響を及ぼすことなく、自己骨からの生理的反応を高めることを可能にする。
【００２８】
図５は、変更された典型的な大腿膝インプラントを表している。この特定の実施形態において、骨／インプラント接触面２は、典型的な大腿膝インプラントにおいて見出されるままである。ただし、当該関節表面は、当該関節表面から測定された場合の制御された深さ９まで、耐摩耗性添加材８を含有する。これらの耐摩耗性添加材の存在は、当該大腿膝インプラントの関節接触面の摩耗率を向上させ得、ならびに当該インプラントのより長い有効寿命につながる。
【００２９】
図６は、多孔性における制御された深さ５を有する多孔質骨／インプラント接触面４と、制御された耐摩耗性添加材の深さ９を有する耐摩耗性添加材強化関節表面８とを含む大腿膝インプラントを表している。この特定の実施形態は、多孔質骨／インプラント接触面４に起因して当該インプラントの初期固定および長期固定を支援し得、ならびに当該関節表面における耐摩耗性添加材８に起因して当該インプラントの有効寿命を延ばし得る。
【００３０】
図７は、当該骨／インプラント接触面から測定された、制御された多孔性の厚さおよび生体活性添加材の浸透７を有する生体活性添加材を含有する多孔質骨／インプラント接触面６を含む、本発明のさらなる潜在的実施形態を表している。生体活性添加材を含有する当該多孔質骨／インプラント接触面６の導入は、より急速な骨成長を引き起こすこと、ならびにペグまたは骨セメントを使用せずに、その後の長期間の固定が可能であり得、したがって、それぞれ、潜在的な応力集中ゾーンおよび潜在的な第三体摩耗粒子を除去することが可能であり得る。さらに、関節接触面から測定された場合の制御された深さ９までの、関節表面における耐摩耗性添加材８の添加は、当該関節表面でのより抵抗性の摩耗複合材につながり得る。この特定の実施形態は、優れた骨反応および耐摩耗性につながり得、したがって、現在使用されている技術と比較して、大いに高められたインプラント耐久生存率を与え得る。
【００３１】
図８は、脛骨ベースプレート１０と安定化フィン１１と安定化ポスト１２とを含む、全膝置換において使用される典型的な脛骨インサートを表している。脛骨プレート１０は、一般的に、大腿骨コンポーネントの関節表面が相対して関節を成す材料を適所に保持するのに役立つ。
【００３２】
図９は、表面多孔性を有する安定化フィン１３と表面多孔性を有する安定化ポスト１４とを含む、本願の別の潜在的実施形態を表している。さらに、図１０は、実施された表面多孔性を有する脛骨プレートの骨／インプラント接触面１５を表している。安定化フィン１３、安定化ポスト１４、および脛骨プレートの下側面１５上に見出される表面多孔性は、移植において脛骨に相対して位置される場合により効率的な骨反応を引き起こし得、結果として、より強力な生理的結合の発達とその後の当該インプラントの耐久生存の増加をもたらし得る。
【００３３】
図１１は、生体活性添加材を含有する表面多孔性を有する安定化フィン１６と生体活性添加材を含有する表面多孔性を有する安定化ポスト１７とを含む、本願の別の潜在的実施形態を表している。さらに、図１２は、生体活性添加材を含有する実践された表面多孔性を有する脛骨プレートの骨／インプラント接触面１８を表している。安定化フィン１６、安定化ポスト１７、および脛骨プレートの下側面１８上に見出される表面多孔性および生体活性添加材は、移植において脛骨に相対して位置される場合により効率的な骨反応を引き起こし得、結果として、より強力な生理的結合の発達とその後の当該インプラントの耐久生存の増加をもたらし得る。
【００３４】
図１３は、安定化フィン１１と安定化ポスト１２とを含む、全膝置換において使用される典型的な脛骨挿入体を表している。さらに、耐摩耗性添加材を含有する当該脛骨ベースプレート１９が導入されている。耐摩耗性添加材を含有する脛骨ベースプレートの導入は、当該脛骨ベースプレートに対してより一層の耐摩耗性を促進し得、それは、当該インプラントにおけるさらなる長寿命化につながり得る。
【００３５】
図１４は、表面多孔性を有する安定化フィン１３と、表面多孔性を有する安定化ポスト１４と、耐摩耗性添加材を含有する脛骨ベースプレートとを含む、本願の別の潜在的実施形態を表している。さらに、図１５は、実施された表面多孔性を有する耐摩耗性添加材を含有する脛骨プレート１９の骨／インプラント接触面１５を表している。安定化フィン１３、安定化ポスト１４、および脛骨プレートの下側面１５上に見出される表面多孔性は、移植において脛骨に相対して位置される場合により効率的な骨反応を引き起こし得、結果として、より強力な生理的結合の発達とその後の当該インプラントの耐久生存の増加をもたらし得る。
【００３６】
図１６は、生体活性添加材を含有する表面多孔性を有する安定化フィン１６と、生体活性添加材を含有する表面多孔性を有する安定化ポスト１７と、耐摩耗性添加材を含有する脛骨ベースプレートとを含む、本願の別の潜在的実施形態を表している。さらに、図１７は、生体活性添加材を含有する実施された表面多孔性を有する耐摩耗性添加材を含有する脛骨プレート１９の骨／インプラント接触面１８を表している。安定化フィン１６、安定化ポスト１７、および脛骨プレートの下側面１８上に見出される表面多孔性および生体活性添加材は、移植において脛骨に相対して位置される場合により効率的な骨反応を引き起こし得、結果として、より強力な生理的結合の発達とその後の当該インプラントの耐久生存の増加をもたらし得る。
【００３７】
図１８は、脛骨ベースプレート２７と骨／インプラント接触表面２８とに接続された、脛骨ベースプレートをさらに安定化するために典型的に使用される脛骨挿入体を表している。
【００３８】
図１９は、脛骨ベースプレート２７および骨／インプラント接触面２９における多孔質表面への接続を含む、本発明の潜在的実施形態を表している。脛骨挿入体の骨／インプラント接触面２９上に見出される表面多孔性は、移植において脛骨に相対して位置される場合により効率的な骨反応を引き起こし得、結果として、より強力な生理的結合の発達とその後のインプラントの耐久生存の増加をもたらし得る。
【００３９】
図２０は、脛骨ベースプレート２７と骨／インプラント接触面３０における生体活性添加材を含有する多孔質表面とへの接続を含む、本発明の潜在的実施形態を表している。脛骨挿入体の骨／インプラント接触面３０上に見出される表面多孔性および生体活性添加材は、移植において脛骨に相対して位置される場合により効率的な骨反応を引き起こし得、結果として、より強力な生理的結合の発達とその後のインプラントの耐久生存の増加をもたらし得る。
【００４０】
図２１は、生体活性添加材を含有するポリマー材料の組成データを表している。熱重量分析（図２１Ａ）は、混合された材料の約２０重量％を当該生体活性添加材が占めることを示している。示されるポリマー性材料は、ポリエーテルエーテルケトンであり、その一方で、生体活性添加材は、二相性リン酸カルシウム（ＢＣＰ）、すなわち、リン酸カルシウム誘導体、である。化学成分である炭素、酸素、カルシウム、およびリン酸塩の相対量も、化学組成および生体活性添加材ＢＣＰの存在について確認するために、エネルギー分散分光法（図２１Ｂおよび図２１Ｃ）の結果として示される。
【００４１】
図２２は、小さい細孔は約０．３５０ｍｍから約０．５００ｍｍの範囲内であり、その一方で、大きい細孔は約０．５５０ｍｍから約２ｍｍの平均サイズを有すると定義されることを示す、試験体の平均細孔サイズを表している。したがって、傾斜多孔性を有する試料は、ある多孔性の層が第２の異なる多孔性の層の下に存在するような、小さい細孔および大きい細孔のミックスである。
【００４２】
図２３は、骨−インプラント接触面において多孔質表面が使用される場合の、静的荷重引き離し力分析において見出される、固定における向上を表している。
【００４３】
図２４は、静的圧縮負荷下において試験した場合の、インプラントの骨インプラント接触面に多孔質構造を付与した場合の破壊までの屈曲反応における増加を表している。
【００４４】
関節表面と骨／インプラント接触面とを含むポリマー系膝インプラント。好ましくは、当該インプラントは、さらに、固定ペグを有する。
【００４５】
当該骨／インプラント接触面は多孔質である。当該骨／インプラント接触面は、好ましくは０．１ｍｍから１０ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍから５ｍｍ、最も好ましくは０．３ｍｍから１ｍｍの細孔サイズを有する。好ましくは、当該細孔サイズは、電子顕微鏡法（好ましくはＳＥＭ）または光学顕微鏡法によって特定される。小さい細孔は、約０．３５ｍｍから約０．５ｍｍの範囲内として定義され、その一方で、大きい細孔は、約０．５５ｍｍから約２ｍｍの平均サイズを有するとして定義される。
【００４６】
好ましくは、当該骨／インプラント接触面は、傾斜細孔を有する。好ましくは、傾斜多孔性は、好ましくは、ある多孔性の層が第２の異なる多孔性の層の下に連続して存在するような、小さい細孔および大きい細孔のミックスである。
【００４７】
好ましくは、当該関節表面は、高い耐摩耗性の生体不活性組成物を含む。
【００４８】
好ましくは、当該インプラントは、１つまたは複数の構成部分、好ましくは生体活性ポリマーを含む少なくとも１つの構成部分、からなる。好ましくは、当該少なくとも１つまたは複数の構成部分は、生体活性添加材を含む。
【００４９】
好適な生体活性ポリマーとしては、これらに限定されるわけではないが、ＰＡＥＫ種（ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＫＥＫＫなど）、またはＰＥ種（ＰＥ、ＨＤＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ、ＸＬ−ＰＥ、Ｖｉｔ−Ｅ−ＰＥ）が挙げられる。
【００５０】
好ましくは、当該生体活性添加材は、リン酸誘導体、好ましくはアパタイトおよびリン酸カルシウムであり、より好ましくは、当該アパタイトは、ヒドロキシアパタイトおよびフルオロヒドロキシアパタイトを含む。リン酸塩は、好ましくは、αおよび／またはβリン酸三カルシウムを含む。生体活性添加材は、骨伝導性（ｏｓｔｅｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）添加材も含むことができる。骨伝導性添加材は、骨成長を促進することができる添加材である。
【００５１】
好適には、当該生体活性材料は、当該材料の接触面において特定の生物学的反応を引き起こし、結果として組織とポリマー性材料との間の結合の形成を生じる、材料である。
【００５２】
好ましくは、当該インプラントの１つまたは複数の構成部分は、生体活性添加材の傾斜機能性層を含む。
【００５３】
好ましくは、当該インプラントの１つまたは複数の構成部分は、生体不活性ポリマー、生体活性添加材、骨伝導性添加材、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物を含む。好ましくは、当該インプラントの１つまたは複数の構成部分は、生体不活性ポリマーを含み、当該骨／インプラント接触面は多孔質である。好ましくは、当該インプラントの１つまたは複数の構成部分は、生体不活性ポリマーを含み、当該関節表面は、耐摩耗性添加材を含む。
【００５４】
好ましくは、当該インプラントの１つまたは複数の構成部分は、耐摩耗性添加材の傾斜機能性層を含む。
【００５５】
好ましくは、当該関節表面は、耐摩耗性添加材の傾斜機能性層を含む。好ましくは、当該耐摩耗性添加材は、炭素、ガラス、ポリマー系、セラミック系、金属系、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物である。
【００５６】
好ましくは、当該インプラントの１つまたは複数の構成部分は、生体不活性ポリマーを含み、当該関節表面は、耐摩耗性添加材を含み、当該骨／インプラント接触面は、生体活性添加材、骨伝導性添加材、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物を含む。好ましくは、当該インプラントの１つまたは複数の構成部分は、生体不活性ポリマーを含み、当該関節表面は、耐摩耗性添加材を含み、当該骨／インプラント接触面は、多孔質である。好ましくは、当該インプラントの１つまたは複数の構成部分は、生体不活性ポリマーおよび生体活性添加材を含み、当該関節表面は、耐摩耗性添加材を含み、当該骨／インプラント接触面は、多孔質である。
【００５７】
好ましくは、当該インプラントは、強化添加材を含む。好ましくは、当該強化添加材は、繊維状材料、粒状材料、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物である。
【００５８】
好ましくは、当該繊維状材料は、炭素系である。好ましくは、当該繊維状材料は、炭素繊維、ピッチ由来の炭素繊維、ＰＡＮ由来の炭素繊維、またはそれらの任意の組み合わせもしくは混合物である。
【００５９】
好ましくは、当該繊維状材料は、ポリマー系、ガラス、セラミック系、またはそれらの任意の組み合わせまたは混合物である。好ましくは、当該粒状材料は、ポリマー系、金属系、セラミック系、またはそれらの任意の組み合わせまたは混合物である。
【００６０】
好ましくは、当該インプラントは、混合、混錬、押出加工、射出成形、多成分射出成形、混合注入成形、二段階射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形、ホットプレス、ホットアイソタクチックプレス、積層造形法、またはそれらの組み合わせによって製造される。
【００６１】
好ましくは、当該多孔質膝インプラントの多孔性は、砥粒噴射加工、塩浸出法、マトリックス溶解、積層造形法、またはそれらの組み合わせ、より好ましくは積層造形法によって製造される。
【００６２】
好ましくは、当該インプラントは、生体不活性ポリマーを生体活性添加材と混合して混合材料を形成した後に、積層造形法によって製造される。
【００６３】
好ましくは、当該混合材料は、フィラメント中への二軸式溶融混練によって実現される。好ましくは、当該フィラメントは、１．５ｍｍから３．２５ｍｍの間の直径を有する。好ましくは、当該フィラメントは、約２０重量％までの上記生体活性添加材を含有する。
【００６４】
好ましくは、ポリマー系膝インプラントは、３８０℃から４４０℃の間のプリントヘッド温度において積層造形法によって印刷される。好ましくは、当該インプラントは、１１０℃から１６０℃の間の印刷床温度において積層造形法によって印刷される。好ましくは、当該インプラントは、１０ｍｍ／秒から４０ｍｍ／秒の間の印刷速度において積層造形法によって印刷される。
【００６５】
好ましくは、当該インプラントは、熱的にアニール処理され、好ましくは、当該アニール処理は、１４０℃から２５０℃の間の温度において実施される。
【００６６】
好ましい実施形態において、当該デバイスのためのポリマー性材料は、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫポリマー、これらに限定されるわけではないが、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＫＥＫＫ、および架橋したポリマー鎖と接触するかまたはそれらを含まない交互のエーテルおよびケトン結合の主鎖からなるＰＡＥＫの親種の他の重合種を含む）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ、ポリ−エーテル−エーテル−ケトン、および架橋したポリマー鎖を含むかまたは含まない親ポリマーＰＡＥＫの他の実施形態）、ポリエチレン（ＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ、架橋ＰＥ、ビタミン−Ｅ注入ＰＥ、ならびに親ポリマーの他の実施形態および化合物）、および／または生物学的に好ましく機械的にロバストなポリマー種からの１種であろう。
【００６７】
好ましい実施形態において、これらに限定されるわけではないが、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫポリマー、これらに限定されるわけではないが、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＫＥＫＫ、および架橋したポリマー鎖と接触するかまたはそれらを含まない交互のエーテルおよびケトン結合の主鎖からなるＰＡＥＫの親種の他の重合種を含む）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ、ポリ−エーテル−エーテル−ケトン、および架橋したポリマー鎖を含むかまたは含まない親ポリマーＰＡＥＫの他の実施形態）、ポリエチレン（ＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ、架橋ＰＥ、ビタミン−Ｅ注入ＰＥ、ならびに親ポリマーの他の実施形態および化合物）、および／または生物学的に好ましく機械的にロバストなポリマー種、を含む当該ポリマー種は、当該デバイスにおける主要な種として存在するであろう。これらに限定されるわけではないが、炭素繊維（ピッチ系およびＰＡＮ系の両方）、ガラス繊維、高分子繊維、および／またはセラミック繊維を含む、強化繊維は、生物学的反応を強化および増強する方法として当該デバイスのポリマーマトリックス内に存在し得る。
【００６８】
好ましい実施形態において、これらに限定されるわけではないが、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫポリマー、これらに限定されるわけではないが、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＫＥＫＫ、および架橋したポリマー鎖と接触するかまたはそれらを含まない交互のエーテルおよびケトン結合の主鎖からなるＰＡＥＫの親種の他の重合種を含む）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ、ポリ−エーテル−エーテル−ケトン、および架橋したポリマー鎖を含むかまたは含まない親ポリマーＰＡＥＫの他の実施形態）、ポリエチレン（ＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ、架橋ＰＥ、ビタミン−Ｅ注入ＰＥ、ならびに親ポリマーの他の実施形態および化合物）、および／または生物学的に好ましく機械的にロバストなポリマー種、を含む当該ポリマー種は、当該デバイスにおける主要成分として存在するであろう。これらに限定されるわけではないが、炭素粒子（ピッチ系およびＰＡＮ系の両方）、ガラス微粒子、金属微粒子、セラミック微粒子、および／またはそれらの任意の組み合わせを含む、強化繊維は、機械的特性および摩耗特性を増強する方法ならびに生物学的反応を増強する方法として当該デバイスのポリマーマトリックス内に存在し得る。
【００６９】
好ましくは、当該ポリマー種は、いかなるポリエチレン（ＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ、架橋ＰＥ、ビタミン−Ｅ注入ＰＥ、ならびに親ポリマーの他の実施形態および化合物）を含有しない。
【００７０】
好ましい実施形態において、当該デバイスは、熱的方法によって製造されたものである。これらの方法としては、これらに限定されるわけではないが、圧縮成形、射出成形、積層造形、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。一例として、しかし製造上の制限ではなく、添加材を含まない／未処理のまたは添加材を含有する当該ポリマー種は、特定の用途の幾何学的形状の設計鋳型中へと強制的に注入され得る。対照的に、添加材を含まない／未処理の、または添加材を含有する当該ポリマー種は、押出加工され得るか、そうでなければ、熱的に混合されてダイから押し出され、その後の材料溶融物は鋳型中に位置され、形状を形成され得る。
【００７１】
以下の実施例は、当業者に、本明細書において権利請求される組成物、物品、装置、および／または方法がどのように成され評価されるかの完全な開示および説明を提供するために示されており、ならびに本発明の単なる例示であることが意図され、本発明者らが自分たちの発明と見なす範囲を限定することを意図しない。数（例えば、量、温度など）に関する正確性を確保するための努力はなされているが、いくらかの誤差および偏差は考慮されるべきである。特に明記のない限り、部は重量部であり、温度は、℃で表されるかまたは周辺温度であり、圧力は、大気圧または大気圧付近である。
【００７２】
実施例１：生体不活性ポリマー（ＰＥＥＫ）を、乾式混合手順によって二相性リン酸カルシウム（ＢＣＰ）として知られるリン酸カルシウム誘導体を加えた生体活性剤と混合し、その後、二軸式混錬によって熱加工を行った。最初に、反転式ブレンダを使用して、８０重量％のポリマー（８０ｇのＰＥＥＫ）および２０重量％の二相性リン酸カルシウム（２０ｇのＢＣＰ）の全組成比を含むように、それぞれの材料を粉末形態において秤量した。次いで、当該混合粉末を、８０℃で一晩乾燥させた。乾燥させた後、当該粉末ブレンドを、２５０℃から４１０℃の間の温度プロファイルにおいて二軸式混錬機で処理した。次いで、当該結果として得られる押出物を、複合フィラメント中へと引き出し、溶融フィラメント製造における使用のために収集した。
【００７３】
実施例２：実施例１の複合フィラメントの溶融フィラメント製造を、以下のように実施した。３ＮＴＲ  Ａ４ｖ３溶融フィラメント製造プリンタを使用して、当該ＰＥＥＫ＋２０％ＢＣＰの構築物を印刷した。当該構築物は、４１０℃のノズル温度、１３５℃の床温度、および７５℃のチャンバ温度を使用して印刷した。当該構築物の第１の層は、０．４ｍｍの厚さで印刷したが、残りの部分は、０．１ｍｍの層高さで印刷した。各部分が歪むのを防ぐため、および構築されたプレートに対してより良好に接着させるために、各印刷に対して、ラフトを使用した。選択されるような細孔サイズの幾何学的形状においてのみ存在する変形例で全ての試験試料を製造するように、この手順を実施した。
【００７４】
実施例３：図２３に表されるように、当該試料をＰＭＭＡ／合成骨構築物から分離させるような引き離し力が達成されるまで、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）骨セメントによる合成骨への固定後の引き離し力を測定するために、実施例１および２からの混合複合材料の製造試料に静的負荷を加えた。使用したＰＭＭＡは、Ｓｔｒｙｋｅｒ  Ｓｉｍｐｌｅｘ  Ｐであり、２０℃において真空下で混合を行い、当該セメントは、およそ５分後に加えた。当該インプラントを固定するために手術用ハンマーと手による加圧を用いて、試験構築物の嵌入を実施した。１時間の硬化時間の後、ＭＴＳ  Ｍｉｎｉ  Ｂｉｏｎｉｘ引張り試験機において１／２スタッドによって当該インプラント構築物を液圧式アクチュエータに取り付けた。バイス把持具を使用して、当該合成骨構築物を試験エリアの下側面に取り付けた。破壊後であると考えられるピーク負荷の１０％に負荷に達するまで、０．００８ｍｍ／秒の一定変位速度および１００Ｈｚのデータサンプリング率において試験を実施した。データは、小さな細孔および傾斜細孔を有する試料が、より高い引き離し力を有すること、したがって、細孔を有さない試料および大きな細孔を有する試料と比べて、より良好なアンカー効果を有することを示している。最良のアンカー効果を有する試料は、傾斜細孔を有する試料であった。
【００７５】
実施例４：図２４に表されているように、細孔を有さない骨接触面および多孔質骨接触面の構築物を、上記の実施例において説明したように印刷し、曲げ環境での破壊に必要な負荷を測定するために、遠位末端をエポキシ樹脂中に取り付けた後に当該インプラントの近位末端に静的負荷を加えた。当該インプラントを、当該インプラントの関節丘の下部平面から樹脂埋め込み固定具の上部まで測定した２５ｍｍの埋め込み高さにおいて、二成分エポキシ樹脂で満たした固定具内に埋め込んだ。当該埋め込まれたインプラントを、４０℃のオーブンに１時間入れ、オーブンから取りだして、当該樹脂を完全に硬化されるためにさらなる時間において室温で静置した。次いで、圧縮状態においてＩｎｓｔｒｏｎ  ３３６６Ｂ二重カラムフレームを使用して、当該試験体を試験した。上部プラテンがインプラントの関節丘の上面に沿ってスライドできるように、各インプラントを２つの圧縮プラテンの間に位置した。次いで、破壊するまで、圧縮試験を実施した。当該多孔質骨接触面は、それがより大きな負荷を保持することを示し、細孔を有さない骨接触面と比べて破壊するまでにより大きな伸張を示した。
【００７６】
実施例５：図２１ａに表されるように、当該複合材料中の生体活性添加材である二相性リン酸カルシウムの重量百分率を定量化するために、複合フィラメントに対して熱重量分析およびエネルギー分散分光法（ＥＤＡＸ）を実施した。およそ２５ｍｇの試料材料を、空気雰囲気下においてＴＧＡ  Ｑ５００内に位置し、以下のような温度プロファイルに晒した：少なくとも５分間において２５℃の平衡、それに続いて９００℃まで１０℃／分の温度勾配、次いで約５分間等温に保持した。報告された残留量を、当該複合材料内の生体活性添加材の量とみなした。ＥＤＡＸの結果は、１５ｋＶの加速電圧によるＨｉｔａｃｈｉ  ＴＭ３０３０テーブルトップＳＥＭの使用によって収集した。二相性リン酸カルシウムの量を確認するために、炭素、水素、カルシウム、およびリン酸塩の化学成分の相対量も使用した（図２１ｃ）。
【図１】
2021512669.tif 000002
【図２】
2021512669.tif 000003
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２１ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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