(57)【要約】本発明は、自己共形する整形外科用インプラント（１０、４０、６０Ａ／Ｂ、１００、１４０、２００、２５０、２８０、および３３０）に関する。このインプラントは形状記憶重合体から形成されている。インプラントは、骨異常部分の整形外科的な治療、骨断片および割れ目の固着を助長するように選択されるか、または骨構造を誘導して所望の解剖学的な形状と共形にするように選択される元の形状で提供可能である。好ましい形状の限定的ではない例には、骨スペーサまたは骨プレート、結合組織置換え物（すなわち、腱、靱帯および／または軟骨）が含まれる。好ましい形態では、植込み前に、インプラントを別の形状に変形する。選択刺激を加えると、例えば、形状記憶高分子材料が弾性化する一定の温度までインプラントを加熱することによって、インプラントをその元の形状に復帰させる。使用に際して、インプラントを選択刺激にさらすとき、それが選択した骨組織と共形にするか、または別法として骨構造を圧迫して所望の位置合せ状態および／または形状と共形にする。結合組織と置き換えるように使用するときは、インプラントは、隣接する骨構造の関節結合を可能にする引張り強さを発揮し、しかも骨構造を圧迫して所望の位置および位置合せ状態にするのに十分な力を付与する。
2004512099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶高分子材料から形成された変形可能な本体を備える、骨構造のための整形外科用インプラントであって、前記本体が、第１形状で提供され、選択刺激を加えると第２形状に変形可能であり、前記第２形状は、前記本体の少なくとも一部が骨構造の一部と対合して共形となるインプラント。
【請求項２】
第１形状にある本体が、第１外部体積を有し、第２形状が、第１外部体積よりも大きい第２外部体積を有する、請求項１に記載のインプラント。
【請求項３】
第１形状にある本体が、第１外部体積を有し、第２形状にある本体が、第１外部体積よりも小さい第２外部体積を有する、請求項１に記載のインプラント。
【請求項４】
本体が骨プレートを画定する、請求項１に記載のインプラント。
【請求項５】
本体が骨スペーサを画定する、請求項１に記載のインプラント。
【請求項６】
本体が骨原性材料を収容するための内部空洞を含む、請求項１に記載のインプラント。
【請求項７】
本体が２つ以上の隣接する骨部分の間で柔軟な結合部材を画定する、請求項１に記載のインプラント。
【請求項８】
前記本体が元の形状で提供される、請求項１に記載のインプラント。
【請求項９】
前記第２形状が前記元の形状と実質的に等しい、請求項８に記載のインプラント。
【請求項１０】
本体が、植え込まれたとき前記第２形状に変形する、請求項１に記載のインプラント。
【請求項１１】
前記第２形状にある前記本体が、２つ以上の骨部分の固着を促進する、請求項１に記載のインプラント。
【請求項１２】
前記本体が、２つ以上の隣接する骨部分と接触し、前記第２形状が、２つ以上の隣接する骨部分の間で関節結合を可能にする、請求項１に記載のインプラント。
【請求項１３】
前記第１形状にある前記本体が、第２形状に変形する前に、１つまたは複数の骨部分に固定される、請求項１に記載のインプラント。
【請求項１４】
骨構造が空洞を含み、前記第２形状が骨構造中の空洞に対合して共形となる、請求項１に記載のインプラント。
【請求項１５】
形状記憶高分子材料が変形温度で弾性化し、前記選択刺激が、本体を変形温度以上の温度まで加熱することを含む、請求項１に記載のインプラント。
【請求項１６】
変形温度が約３８℃と約６５℃の間にある、請求項１５に記載のインプラント。
【請求項１７】
変形温度がほぼ周辺温度と６５℃の間にある、請求項１５に記載のインプラント。
【請求項１８】
形状記憶高分子材料が生分解性である、請求項１に記載のインプラント。
【請求項１９】
形状記憶高分子材料が非生分解性である、請求項１に記載のインプラント。
【請求項２０】
形状記憶高分子材料が、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリウレタン、ポリ（エチレン−ｃｏ−酢酸ビニル）、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン）、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン−ｃｏ−ジエン）、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリ（β−ヒドロキシブチレート）、ポリ（β−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−ヒドロキシバレレート）、ポリ（メタクリル酸エステル）、ポリ（メチルアクリル酸メチル）、ポリ（アクリレート）、およびそれらの混合物、共重合体および配合物からなる群から選択される、請求項１に記載のインプラント。
【請求項２１】
形状記憶重合体を含む材料から形成された本体を備える、２つ以上の隣接する骨部分のための整形外科用インプラントであって、前記本体が、第１形状で提供され、前記隣接する骨部分の少なくとも１つを受けるようになされ、前記本体が、選択刺激が加わると第２形状に変形して前記隣接する骨部分に力を加えるインプラント。
【請求項２２】
前記力が隣接する骨部分に対する圧縮力である、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項２３】
前記本体が、前記２つ以上の隣接する骨部分のための腱または靱帯と置き換わるように所望の引張り強さを発揮する、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項２４】
インプラントが骨プレートを含む、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項２５】
本体が骨スペーサを画定する、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項２６】
本体が隣接する骨部分の間で柔軟な結合部材を画定する、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項２７】
本体が骨原性材料を収容するための空洞を備える、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項２８】
前記第２形状にある前記本体が、隣接する骨部分の固着を促進する、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項２９】
前記本体が隣接する骨部分の間で関節結合を可能にする、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項３０】
形状記憶重合体が変形温度で弾性化し、前記選択刺激が、本体を変形温度以上の温度まで加熱することを含む、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項３１】
変形温度が約３８℃と約６５℃の間にある、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項３２】
変形温度がほぼ周辺温度と６５℃の間にある、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項３３】
形状記憶重合体が生分解性である、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項３４】
形状記憶重合体が非生分解性である、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項３５】
形状記憶高分子材料が、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリウレタン、ポリ（エチレン−ｃｏ−酢酸ビニル）、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン）、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン−ｃｏ−ジエン）、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリ（β−ヒドロキシブチレート）、ポリ（β−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−ヒドロキシバレレート）、ポリ（メタクリル酸エステル）、ポリ（メチルアクリル酸メチル）、ポリ（アクリレート）、およびそれらの混合物、共重合体および配合物からなる群から選択される、請求項２１に記載のインプラント。
【請求項３６】
形状記憶高分子材料から形成された変形可能な本体を備え、骨組織を受けるようになされた少なくとも１つの表面を備え、前記本体が、第１形状で提供され、変形温度まで加熱すると、前記本体が第２形状に変形する整形外科用インプラント。
【請求項３７】
第１形状にある本体が第１外部体積を有し、第２形状は、第１外部体積よりも大きい第２外部体積を有する、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項３８】
第１形状にある本体が第１外部体積を有し、第２形状にある本体が、第１外部体積よりも小さい第２外部体積を有する、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項３９】
本体が骨プレートを画定する、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４０】
本体が骨スペーサを画定する、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４１】
本体が柔軟な結合部材を画定する、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４２】
前記本体が元の形状で提供されている、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４３】
本体が、植え込まれたとき、前記第２形状に自己変形する、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４４】
変形温度が約３８℃と約６５℃の間にある、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４５】
変形温度がほぼ周辺温度と６５℃の間にある、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４６】
前記第２形状にある前記本体が、隣接する骨部分の間で関節結合を可能にする、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４７】
前記第２形状が骨組織中の空洞に対合して共形となる、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４８】
形状記憶高分子材料が生分解性である、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項４９】
形状記憶高分子材料が非生分解性である、請求項３６に記載のインプラント。
【請求項５０】
変形温度で弾性化して変形するように提供された形状記憶重合体を含む材料から形成した本体を備える骨組織のための整形外科用インプラントであって、前記本体が、植込みを容易にするように選択した第１形状で提供され、変形温度以上の温度まで加熱すると、第２形状に変形可能であり、前記第２形状が整形外科的な治療を助長するように提供されているインプラント。
【請求項５１】
第１形状にある本体が第１外部体積を有し、第２形状は、第１外部体積よりも大きい第２外部体積を有する、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項５２】
第１形状にある本体が第１外部体積を有し、第２形状にある本体が、第１外部体積よりも小さい第２外部体積を有する、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項５３】
本体が骨スペーサを画定する、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項５４】
本体が骨プレートを画定する、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項５５】
本体が柔軟な結合部材を画定する、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項５６】
本体が、骨組織、靱帯組織、腱組織および軟骨組織からなる群から選択した骨組織を第２組織に結合する、請求項５５に記載のインプラント。
【請求項５７】
本体が、靱帯組織、腱組織または軟骨組織の一部と置き換わるようになされている、請求項５５に記載のインプラント。
【請求項５８】
本体が組織促進成長因子を含む、請求項５５に記載のインプラント。
【請求項５９】
本体が、植え込まれたとき前記第２形状に自己変形する、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６０】
前記本体が元の形状で提供される、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６１】
変形温度が約３８℃と約６５℃の間にある、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６２】
変形温度がほぼ周辺温度と６５℃の間にある、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６３】
変形温度が通常体温よりも下である、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６４】
前記第２形状にある前記本体が、隣接する骨部分の間で関節結合を可能にする、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６５】
前記第２形状が骨組織中の空洞に対合して共形となる、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６６】
形状記憶高分子材料が生分解性である、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６７】
形状記憶高分子材料が非生分解性である、請求項５０に記載のインプラント。
【請求項６８】
形状記憶重合体を含む材料から形成され、形状記憶重合体の作用によって第１形状と第２形状の間で移行可能である、脊椎中に挿入するためのスペーサ。
【請求項６９】
元の形状で提供される、請求項６８に記載のスペーサ。
【請求項７０】
第２形状が前記元の形状と実質的に等しい、請求項６９に記載のスペーサ。
【請求項７１】
前記第２形状が前記第１形状よりも大きい、請求項６８に記載のスペーサ。
【請求項７２】
椎間板空隙中に挿入される、請求項６８に記載のスペーサ。
【請求項７３】
椎体中に挿入される、請求項６８に記載のスペーサ。
【請求項７４】
椎骨と接触するようになされた本体を備え、前記本体が、形状記憶重合体を含む材料から形成され、形状記憶重合体の作用によって第１形状と第２形状の間で移行可能である、整形外科用インプラント。
【請求項７５】
前記本体がスペーサを画定する、請求項７５に記載のインプラント。
【請求項７６】
前記本体が骨プレートを画定する、請求項７５に記載のインプラント。
【請求項７７】
前記本体が椎骨と第２組織の間で柔軟な結合部材を画定する、請求項７５に記載のインプラント。
【請求項７８】
第２組織が骨組織を含む、請求項７５に記載のインプラント。
【請求項７９】
第２組織が靱帯組織を含む、請求項７５に記載のインプラント。
【請求項８０】
第２組織が腱組織を含む、請求項７５に記載のインプラント。
【請求項８１】
骨異常部分を整形外科的に治療するための方法であって、
第１形状で提供され、形状記憶高分子材料から形成した変形可能な本体を備える整形外科用インプラントを選択するステップと、
前記インプラントを骨異常部分と接触させるステップと、
前記本体を第２形状に変形するために前記インプラントを刺激するステップとを含む方法。
【請求項８２】
前記形状記憶高分子材料が変形温度で弾性化して変形し、前記刺激するステップが、前記形状記憶高分子材料を変形温度以上の温度まで加熱するステップを含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
インプラントが変形前に骨異常部分と接触する、請求項８１に記載の方法。
【請求項８４】
インプラントが骨異常部分と接触する前に変形する、請求項８１に記載の方法。
【請求項８５】
刺激するステップが本体を拡張させる、請求項８１に記載の方法。
【請求項８６】
刺激するステップが本体を接触させる、請求項８１に記載の方法。
【請求項８７】
自己共形する整形外科用インプラントを調製する方法であって、
元の形状で提供された変形可能な本体を備えるインプラントを、形状記憶高分子材料から製作するステップと、
前記本体を第１形状に変形するステップと、
前記本体を元の形状または第２形状に復帰させるために本体を刺激するステップとを含む方法。
【請求項８８】
第２形状が元の形状と実質的に等しい、請求項８７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、形状記憶高分子材料（ＳＭＰ）から形成した整形外科用のインプラントおよび整形外科的な治療のためにインプラントを使用する方法に関する。
【０００２】
整形外科的な治療のために、および一般には筋／骨格異常の治療のために、多様なインプラントが知られておりかつ使用されている。インプラントは、金属、セラミック、骨、骨由来の材料、高分子材料、および複合材料から作製可能である。整形外科治療で使用するインプラントの例には、骨断片の位置合せおよび固定を助長したり、あるいは割れ目を橋架けするための骨プレートの使用が含まれる。インプラントは、隣接する椎骨間の椎間板空隙中、骨組織中に形成した間隙内部などの隣接する骨構造間のスペーサとして、義肢の取付け用および／または関節置換療法のために使用されている。典型的には、インプラントを製作しやすい汎用形状に予め形成するか、または、選択した例では、特に標的にした骨構造と共形となることもならないこともある汎用形状にインプラントを予め形成する。しばしば、骨構造を修正して汎用インプラント装置と共形にしなければならない。
【０００３】
選択した事例では、外科医が、いくつかのインプラントを手術直前にまたは手術中に整形することができる。変形可能な骨プレートの一例が、Ｓａｒｖｅｒ他に付与された米国特許第５，８６８，７４６号に記載されている。この特許は、第１温度で相対的に剛性であり、かつ第２温度で変形可能な骨接合術用プレートを開示する。このプレートを第２温度まで加熱することによって、プレートを変形し、次いで引き続きその元の形状に復帰させることができる。しかし、このようなインプラントでは、外科医が、かなりの時間を費やしてインプラントを骨の解剖学的構造に共形にするために整形し、さらに何度も補整または修正する必要がある。これは非常に困難でかつ時間を消費する作業であり、それは手術時に合併症を招きかねない。患者に麻酔をかける前に所望の形状に予め形成することができるか、あるいは別法として、植込み後に選択したまたは標的にした骨組織に自己共形するインプラントを提供することが好ましいことになる。しかし、インプラントが、骨構造によって加わる負荷を支えるのに十分な強度を依然として備え、かつ骨断片の融合または固定を促進可能でなければならない。
【０００４】
したがって、上記の問題に照らせば、この関連技術分野では、筋／骨格疾患および異常を治療するための改良された整形外科用インプラントを含めて、進歩に対する要望が依然として存在する。本発明は、このような進歩であり、かつ多様な追加的な利益および利点を提供するものである。
【０００５】
（発明の概要）
本発明は、自己共形インプラント、その製造および使用に関する。本発明の様々な態様は、新規、非自明であり、さらに様々な利点を提供する。本明細書に包摂する本発明の実際の本質は、ここに添付する特許請求の範囲に基づいてのみ特定することができるが、ここに開示する好ましい実施形態に特有ないくつかの形態および特徴を以下に簡単に説明する。
【０００６】
本発明は一般に、筋骨格疾患および一般的な整形外科的な異常を治療するための自己共形インプラントを提供する。このインプラントを形状記憶重合体（ＳＭＰ）から形成しかつ予め選択した形状に製作される。形状記憶高分子材料を使用してインプラントを製作すると、インプラントに新規かつ特に有利な特長をもたらす。１つの好ましい実施形態では、ＳＭＰから製作したインプラントを所望の形状に成形することができる。しかし、インプラントを変形温度（Ｔｄ）、すなわち、通常は高分子材料のガラス転移温度（Ｔｇ）に等しい温度を上回るまで加熱するとき、ＳＭＰが弾性化する。次いでインプラントは、それに圧力を印加するかまたは鋳型に圧入することによって多様な形状に変形可能である。Ｔｄを下回るまで変形したインプラントを冷却することによって、それを変形した状態に固定する。その後、変形インプラントは、Ｔｄよりも高く加熱されるまで、変形形状を保持する。Ｔｄを上回るまでインプラント本体を再加熱するとき、ＳＭＰ材料が再び弾性化し、かつどのような圧力も印加されずに、インプラントは自然にその元の形状に復帰する。このような過程は、ＳＭＰ材料すなわちインプラント自体に悪影響を及ぼさずに何回でも反復可能である。
【０００７】
１つの形態では、本発明は、所望の形状および／またはサイズに成形して製作したインプラントを提供する。このインプラントは、変形温度を上回ると形状記憶効果を発揮する高分子材料からなる本体を備える。変形温度を上回ると、本体を第１形状に変形させることができる。第１形状が減少した外部体積または断面積を備えることが好ましい。変形インプラントを変形温度よりも低い温度まで冷却することによって、第１形状にある変形インプラントを効果的に凝固させる。次いで、変形インプラントをその元の成形形状に復帰させることを望むまで、インプラントは第１形状を維持することができる。このインプラントは、いつでも、すなわち、椎間板空隙中に植え込む前でもまたは植え込んだ後でも、所望の形状に変形させる／共形にすることが可能でありかつその元の形状に復帰させることが可能であることを理解されたい。１つの形態では、変形インプラントが元のインプラントよりも小さく、かつ変形インプラントを骨間隙または他の異常部分の中により容易に挿入することができる。１つの特に好ましい形態では、植え込んだ変形インプラントをその変形温度よりも上に加熱して、その元の形状またはその元の形状に実質的に等しい第２形状に復帰させることができる。得られる植込みインプラントは、本質的に標的にした間隙、異常部分を填塞するか、または骨構造の解剖学的形状と共形にすることができる。
【０００８】
１つの形態では、本発明は骨構造のための整形外科用インプラントを提供する。このインプラントは、形状記憶高分子材料から形成した変形可能な本体を備える。この本体は第１形状で提供され、かつ選択刺激を加えると第２形状に変形して骨構造の一部と共形にすることができる。
【０００９】
好ましい実施形態では、インプラントが、ほとんど変形しないで、隣接する骨または近接する筋構造によって加わる生物力学的力に耐えるのに十分な圧縮率を呈するように提供されている。さらには、インプラントに、骨原性材料などの骨融合を促進する生物学的な材料のための貯留部としての役割をする空洞を備えることができる。他の好ましい実施形態では、インプラントが、体温以下になるように選択された変形温度で変形可能である。さらに他の実施形態では、インプラントが、第１形状と比較して拡張した断面積を呈する第２形状に変形可能である。
【００１０】
別の形態では、本発明は、２つ以上の隣接する骨部分に整形外科用インプラントを提供する。このインプラントは、形状記憶重合体を含む材料から形成した本体を備える。本体は第１形状で提供され、かつ隣接する骨部分を受けるようになされており、選択刺激を加えると、本体が第２形状に変形して隣接する骨部分に力を加える。
【００１１】
インプラントが、隣接する骨構造または骨断片を接合するのに十分な引張り強さを発揮することが好ましい。この形態では、インプラントは、結合部材としての役割を果たすことができる、すなわち、靱帯および腱などの結合組織と置き換わるかまたはそれを強化する。一実施形態では、このインプラントが体温以下になるように選択した変形温度で変形可能であるように選択される。さらに他の実施形態では、インプラントが第１形状で提供されており、かつ選択刺激を加えると、このインプラントは収縮したまたは減少した断面積を呈する第２形状に変形可能である。収縮した状態によって、骨構造を接合しかつ標的の筋組織と置き換わることができる。
【００１２】
別の形態では、本発明は脊椎に挿入するためのスペーサを提供する。このスペーサは、形状記憶重合体を含む材料から形成され、かつ形状記憶重合体の作用によって第１形状と第２形状の間で移行可能である。
【００１３】
他の形態では、本発明は、骨異常の整形外科的な治療方法を提供し、その方法が、第１形状で提供されかつ形状記憶高分子材料から形成した変形可能な本体を備える整形外科用インプラントを選択するステップと、このインプラントを骨異常部分に接触させるステップと、本体を第２形状に変形させるためにインプラントを刺激するステップとを含む。
【００１４】
さらに別の形態では、本発明は自己共形する整形外科用インプラントを調製する方法を提供する。本方法は、形状記憶高分子材料からインプラントを製作するステップであって、このインプラントが元の形状で提供された変形可能な本体を備える、製作するステップと、本体を第１形状に変形するステップと、本体を元の形状またはそれに実質的に等しい第２形状に復帰させるようにこの本体を刺激するステップとを含む。
【００１５】
（発明の詳細な説明）
本発明の原理の理解を促進する目的のために、ここで本明細書に例示する実施形態を参照しかつ特定の用語を使用して本発明を説明する。しかし、それによって本発明の範囲を限定する意図がないことを理解されたい。本発明の関連技術分野の業者なら通常想到するはずの、説明されている工程、システムまたは装置における変更および他の変形、さらに本明細書に説明する本発明の原理の他の応用例をいずれも企図するものである。
【００１６】
本発明は一般に、整形外科的な異常を治療する際に使用するための自己共形インプラントを提供する。整形外科的な異常という用語を用いることによって、筋／骨格異常全般をも包含することを意図するものである。このインプラントは、形状記憶高分子材料から形成されかつ予め選択した、元の形状に製作されている。一実施形態では、次にこのインプラントを変形温度まで加熱して、挿入が容易な第１形状に変形することができる。さらには、インプラントを植込み前でも後でも変形温度まで再加熱することができる。好ましくは、インプラントを植込み後に変形温度まで加熱する。再加熱されたインプラントは、その元の形状または第２の実質的に等しい形状に復帰する。好ましい実施形態では、この第２形状が治療するべき異常部分または骨構造と共形にする。別法として、インプラントを変形温度まで加熱して、さらに別の形状に整形することもできる。このような加熱および再形成過程は、所望の形状が得られるまで反復可能である。１つの形態では、第１形状にある変形インプラントが、それを手術によって小さい切開部を介して患者の中に容易に植込みできるように減少した断面外形を有する。変形インプラントは、様々な異常部分、例えば、骨組織中の間隙、隣接する骨構造間の間隙または骨の割れ目に重ねて手術によって植え込むことができる。
【００１７】
代替形態では、隣接する骨構造を結合するためにかつ／または腱および靱帯と置き換えるために、インプラントを提供することができる。インプラントを予め選択した形状で、好ましくは平坦なまたは湾曲した骨プレートとして提供することができる。次いで、この骨プレートを変形して、選択した骨または筋組織に取付けやすくする。変形した骨プレートに選択した刺激を与えると、自己変形を開始して、その最初に予め選択した形状に戻る。好ましい形態では、この元の予め選択した形状によって、隣接する骨構造が圧縮されて相互に位置合せされ、かつ／または相互に接触する。したがって、このインプラントを使用して、骨断片の固定を助長し、隣接する構造を再結合し、あるいは隣接する骨構造間の腱と置き換えるばかりでなく、腱または靱帯を骨構造に付着させることができる。
【００１８】
図１は、本発明で使用するための、元の形状で製作したインプラント１０の一実施形態を例示する。インプラント１０は、形状記憶高分子材料から形成される環状本体１２を含む。この本体１２が、それを貫通する垂直軸１１をさらに画定する。本体１２は、上部の第１面１４および対向する第２面１６を有する外面壁１８を含む。例示の実施形態では、第１面１４および第２面１６が対向する骨組織を受けるようになされている。第１および第２面１４および１６を実質的に環状で平面的な表面として例示するが、これらの表面のうちの一方または両方に別の形態を備えることもできる。例えば、表面が平面的または環状である必要はない。この点に関しては、インプラント１０が、本発明による自己共形インプラントの汎用構成体として提供されている。使用に際して、異常部分または骨組織中の間隙と共形にするように、または隣接する骨構造間に挿入するように、インプラントを元の形状で製作する。これらの代替形態が、インプラントを挿入する対向する骨構造の解剖学的な形状に共形であることが好ましい。第１面１４および第２面１６には、垂直軸１１を横切って測りかつ基準線１５によって例示する多様な幅が備わる。表面１４および１６に関する幅が、間隙または異常部分の中の対向する骨組織間の所望の離隔距離を維持するために、適切な受け面を備えるように選択されていることが好ましい。（例えば、図３参照。）
外面壁１８はまた、第１端１９および対向する第２端２１を含む。外面壁は環状であるので、第１端１９および第２端２１は、位置合せ部２３で相互に隣接して位置決めされている。例示の実施形態では、位置合せ部２３が、第１端面１９上にタブ２５を含む。このタブ２５は、第２端２１中に位置する凹部２７内部に受け取られる。様々な位置合せ構造、例えば、溝、溝穴、ありつぎ等々を外面壁１８中に備え得ることを理解されたい。さらには、第１端面１９が面２１に接触する必要はない（例えば、図４参照）。また下で説明する代替実施形態で分かるように、外面壁１８が様々な壁部分を含み、それぞれがそれ独自の表面特性を備えていてもよい。
【００１９】
外面壁１８は、垂直軸１１回りに同心でありかつ空洞２０を画定する、実質的に湾曲した壁部として例示してある。第１面１４は、空洞２０内への通路となる開口３０を画定する。同様に、第２面１６が開口３２および空洞２０内への通路を画定する。この空洞２０は、生物学的に活性の材料、好ましくは、組織誘導成長因子、例えば、抗生物質材料、隣接する骨構造間の骨融合を促進する骨原性材料、および他の組織成長因子のための貯留部としての役割を果たすことができるが、その他の組織成長因子には、例えば、骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）；ＬＭＰ−１を含むＬＩＭ無機タンパク質（ＬＭＰ）；成長分化因子（ＧＤＦ）；形態形成タンパク質由来の軟骨（ＣＤＭＰ）；および他の成長因子、例えば、表皮成長因子、成長因子由来の血小板、インシュリン様成長因子、繊維芽細胞成長因子、形質転換成長因子（ＴＧＦ−βおよびＴＧＦ−αを含む）ならびにその組合せがある。空洞２０と開口３０および３２のそれぞれのサイズ／直径は、標的の骨組織に応じて異なり得ることが理解されるが、空洞２０は、適正量の生物学的に活性な材料を対向する骨構造に医学的に適切な方式で供給するのに十分なサイズが備わっていることが好ましい。外面壁１８はまた、それを貫通する様々な開口を含み、内部空洞２０へのアクセスとなり得る。
【００２０】
インプラント１０には皮質骨組織の圧縮率と実質的に等しい圧縮率が備わっていることが好ましい。したがって、予め形成したインプラント１０を異常部分中の隣接する骨組織間に挿入して、隣接する骨組織を生物力学的に適切に支持し、しかも応力を加えることなく骨を保護することができる。１つの好ましい実施形態では、インプラント１０を隣接する椎骨の間の椎間板空隙中に挿入する。したがって、本体１２は、患者の通常の活動時に脊椎によって加わる生物力学的な力に耐えるように提供されている。代替形態では、インプラント１０を任意の耐負荷支持骨の間に挿入することができる。したがって、インプラント１０は、この耐負荷骨によって加わる負荷に耐えるのに適切な圧縮強度を有する形状記憶高分子材料から形成されていることが望ましい。この形状記憶高分子材料はまた、インビボでの生理学的負荷を支えるのに適切な強度を備える靱帯、軟骨および腱などの結合組織と同じ引張り特性を有するように形成可能であり、したがってインプラントをこのような組織の置換物として使用することができる。
【００２１】
図２は、インプラント１０を予め選択した変形温度より上に加熱しかつ力を加えて第１端１９を第２端２１から引き離すことによって得られた変形インプラント４０を例示する。インプラント４０は、細長い中央部４２を含み、実質的に平面的なシートまたはプレート４４に似通う。細長い中央部４２は、長手軸４５を画定し、かつ第２端４８に対向する第１端４６で末端をなす。第１端４６はタブ４９を含み、他方で、中央部４２を曲げて第１端４６を第２端４８に隣接して位置決めするとき、第２端がタブ４９を受け取るようになされた溝穴５０を含む。
【００２２】
１つの形態では、インプラント４０が、長手軸４５に沿って見るとき、垂直軸１１に直交して見たインプラント１０の断面外形よりも実質的に小さい断面外形を呈する。したがって、中央部４２は外面壁１８と実質的に同じ全体寸法を有することができるが、インプラント４０は、はるかに小さい切開部中に挿入可能であり、かつ小さい通路を介して標的の骨間隙中に挿入可能である。
【００２３】
１つの好ましい使用例では、インプラント１０が、形状記憶重合体を使用して予め選択したサイズを有する所望の元の形状に製作される。その後で、インプラント１０をその変形温度以上の温度まで加熱して、インプラント４０などの第２形状に変形する。インプラント４０は小さい切開部を介して骨異常部分の中にまたは隣接する骨構造の間に挿入される。外科医がインプラント４０を所望通りに位置決めした後で、インプラントをその変形温度まで再び加熱する。外部から圧力を加えずに、インプラント４０は、インプラント１０によって例示したその元の形状に戻る。しかし、特に好ましい一実施形態では、インプラント１０が、骨異常部分によって画定されたまたは隣接する骨構造の間の内部領域よりもわずかに大きい空間を占めるように選択される。変形温度より上では、熱力学的力によって変形インプラントをその元の形状に復帰させる。しかし、形状記憶重合体はその変形温度よりも上では弾性または超弾性であるので、隣接する骨構造の間の異常部分または領域を画定する骨表面が、得られるインプラントを第２のより小さい形状に拘束させる、かつ／または共形にすることになる。第２形状は、変形インプラントおよび／または近接組織に対する過剰の歪力を避けるために、実質的に元の形状に等しいことが望ましい。したがって、インプラントは、その第２形状では、異常部分の解剖学的な構造と自然に共形になり、かつ外科医は、骨の解剖学的な構造と共形にするために、インプラントの整形および反復補整に多大の時間を費やすことはない。
【００２４】
変形温度は、下でより完全に説明するように、特定の形状記憶重合体を改質または選定することによって予め選択可能である。好ましい実施形態では、変形温度を体温よりも上で選択するが、隣接組織（および器官）が実質的に外傷および／損傷を受ける恐れのある温度よりも低く選択する。好ましい実施形態では、変形温度を約３８℃よりも高くかつ約１００℃よりも低くなるように選択するが、より好ましくは、変形温度を約３８℃と約６５℃の間にあるように選択し、さらにより好ましくは、変形温度を約３８℃と約４５℃の間にあるように選択する。
【００２５】
以上では選択温度よりも上で弾性または超弾性を呈するＳＭＰの選択に絞って議論してきたが、光すなわち放射、ｐＨ変化、および／または化学的／溶解性添加剤などの他の刺激に反応する他の重合体を本発明に関して選択可能であることを理解されたい。選択刺激を重合体に加えると、今度は重合体が物理的に変化することによって反応するが、その元の成形形状に復帰することが好ましい。
【００２６】
図３は、本発明による、隣接する椎骨６２と６４の間の椎間板空隙６１中に１対の拡張インプラント６０Ａおよび６０Ｂを左右で位置決めしたところを例示する。椎間インプラントの例は、２０００年１０月２５日出願の「横方向に拡張する椎間融合装置」と題する、同時係属の米国特許出願第０９／６９６，７１５号（代理人整理番号４００２−２５０７）および２０００年１０月２５日出願の「垂直方向に拡張する椎間融合装置」と題する、米国特許出願第０９／６９６，１４６号（代理人整理番号４００２−２５０６）で論じられているが、それらの全ての開示を参照により本明細書に組み込む。インプラント６０Ａおよび６０Ｂは、図１のインプラント１０に由来する。１つの好ましい実施形態では、インプラント１０が、椎間板空隙６１の内部寸法よりも大きくなるようにサイズ決めされている。インプラント１０をその変形温度よりも上に加熱しかつ減少した外部体積を有する第１形状に圧縮する。変形したインプラントを冷却後に標的の椎間板空隙中に挿入し、次いで再び加熱する。得られるインプラント６０Ａおよび６０Ｂを図３に例示する。同じ議論がインプラント６０Ｂにも等しく該当することを理解した上で、インプラント６０Ａをさらに詳細に論じる。インプラント６０Ａは、円筒形本体６８を画定する外部表面６６を含む。
【００２７】
１つの好ましい実施形態では、拡張インプラント６０Ａが、元のインプラント１０が呈する形状と実質的に等しい形状に復帰する。しかし、椎間板空隙６１内部では境界が制約されているので、インプラント６０Ａは元の形状の高さおよび／または幅まで拡張することができないことを理解されよう。その代わりに、インプラント６０Ａは、外部表面６６が、それぞれの椎骨６２および６４の終板７０および７２などの隣接骨組織を受けるまで、一定の高さおよび／または幅に拡張することができる。インプラント６０Ａを変形温度以上に保つとき、ＳＭＰ材料は弾性または超弾性を呈し、それは少しでも力が加わると圧縮され得る。椎骨６２および６４の対向する終板によって加えられる圧縮力によって、それぞれの外部表面６６を圧縮してインプラント本体６８を対向する終板の既存の解剖学的な構造と共形にすることができる。したがって、インプラント６０Ａが椎間空隙６１内部で横方向にかつ／または垂直方向に拡張することが分かるが、隣接する椎骨によって加わる圧縮力が同時に本体６８を圧縮して元のインプラント１０に比べて減少した高さおよび／または横寸法を有することも当業者なら理解されよう。典型的には手術時に、椎骨を伸延して椎間板空隙高を増大させる。伸延する量は、外科医が変更および制御することができる。したがって、インプラント６０Ａは、椎間板空隙６１の内部形状と共形にする。これによって椎間板空隙中に最適の嵌め合いが備わり、植込みインプラントの後方突出に関する恐れが減少し、かつインプラントに骨原性材料を充填するとき、その骨原性材料を海綿質骨組織と緊密に接触する状態に維持する。
【００２８】
一旦インプラント６０Ａを変形温度よりも下に冷却すると、インプラント６０Ａは、脊柱によって加わる負荷による応力がかかるとき、それ以上に復元すなわち拡張しない実質的に剛性の形態に凝固する。１つの形態では、ＳＭＰ材料が海綿質骨組織の圧縮率と同様の圧縮率を呈するように選択される。変形温度よりも下にあるインプラント６０Ａに選択したＳＭＰ材料は、その変形温度よりも下では、約２ＭＰａと約３０ＭＰａの間の圧縮率を呈することが好ましく、約８ＭＰａと約１５ＭＰａの間がより好ましい。下でさらに完全に論じるように、形状記憶高分子材料は、多様な知られた材料から選択可能であり、かつそれは生分解性および非生分解性材料を含み得る。
【００２９】
以上の議論は１対の同一インプラント６０Ａおよび６０Ｂに該当するものであったが、２つ以上の独特なインプラントを同じ椎間空隙内部で使用することも本発明では包含されている。いくつかの整形外科的な治療に関しては、２つの異なる独特のインプラントを使用することが望ましい場合がある。一実施形態では、これらの２つのインプラントが互いの鏡像であり得る。したがって、それぞれのインプラントを、対向する終板の一部のみに接合して受ける形状で提供することができる。例えば、単一のインプラントを使用して、終板の正中線から始まって側方椎間関節突起に横方向に向かって延在する、終板の一部を受けることもできる。別法として、骨異常、腫瘍または罹病骨組織のために、外科医が、選択した椎骨空隙中で、異なるサイズのインプラントまたは異なる形状のインプラントさえも組み合わせることを望む場合もある。
【００３０】
図４は、本発明で使用するためのインプラント１００のさらに別の実施形態を例示する。インプラント１００は、インプラント１０に関して実質的に説明したように提供されており、かつ内部領域１０４を画定する本体１０２を含む。例示から分かるように、インプラント本体１０２は、実質的に閉じた内部領域１０４を備えていない。さらに正確に言えば、インプラント本体１０２は、相互に接触しない第１端１０６および第２端１０８を含むように形成されている。第１端１０６および第２端１０８は、内部領域１０４内への通路１１０を画定する。したがって、本体１０２を実質的に「Ｃ字」インプラントであると説明することができる。インプラント１００に関する代替形状には、「Ｊ字」形状および「Ｕ字」形状が含まれる。使用に際して、インプラント１００を単独でまたは他のインプラントと組み合わせて挿入することができる。好ましい実施形態では、１対のインプラント１００を左右に挿入して、第１端１０６と第２端１０８の間の開口１０４が相互に対向して骨原性材料を収容するための大きな内部領域を形成する。
【００３１】
図５は、外面１４４および内面１４５を有する渦巻き状に巻いた側壁１４２を備えるインプラント１４０の一例を例示する。インプラント１４０はまた、上面１４８および対向する下面１５０を含む。１つの好ましい使用例では、上面１４８および下面１５０が骨組織の対向する構造を受けるようになされている。
【００３２】
図６は、本発明で使用するための、インプラント１４０に由来する変形インプラント１８０の一実施形態を例示する。この変形インプラント１８０は、長手軸１８４を画定する細長い本体１８２を含む。本体１８２は、第１受け面１８６および対向する第２受け面１８８を有する実質的に細長いプレート１８５として提供されている。例示の実施形態では、骨原性材料１９０を第１受け面１８６上に付着させる。選択刺激を加えると、例えば、変形温度よりも上に加熱すると、インプラント１８０がその元の形状にまたは実質的に等しい第２形状に自己復帰する。
【００３３】
図７は、変形インプラント１８０に由来する渦巻き状に巻いたインプラント２００を示す。このインプラント２００は、垂直軸２０３を画定する渦巻き状に巻いた本体２０１を含む。インプラントは第１面２０２および対向する第２面２０４を含み、かつ第１面２０２と第２面２０４の間に閉じ込めた骨原性材料２０６をさらに含む。本体２０１はまた、第１面２０２に実質的に直交して位置するように位置決めした第１端２０８および対向する第２端２１０を含む。インプラント２００を骨組織間の間隙中に挿入して、第１端２０８および第２端２１０をこの間隙中の骨組織を受けるように備えることができる。このように係合するとき、第１端２０８および第２端２１０は、骨原性材料２０６源を対向する骨組織表面と緊密な接触状態に維持する。
【００３４】
別の形態では、本発明は、骨組織および隣接する骨構造に圧縮力を加え、かつ／または骨断片を固着する、整形外科的および／または筋／骨格障害用のインプラントを提供する。好ましい実施形態では、これらのインプラントを、隣接する骨構造間または骨間隙中ではなく、骨の表面に適用する。この形態では、形状記憶重合体の変形温度は、所望の用途および治療過程に応じて、通常体温より上にまたは下になるように選択可能である。
【００３５】
インプラント１０、１００および１８０を使用して、骨断片を固着する、あるいは骨折した骨組織を接合するためなどに、隣接するまたは土台となる骨組織に圧縮力または応力を印加することができる。特に図４のＣ字形状インプラント１００を参照すると、本体１０２が内面２２０および対向する外面２２２を含む。さらに図８を参照すると、一実施形態では、インプラント１００を骨組織２３２中の骨の割れ目２３０に適用することができる。このような応用例では、インプラント１００が土台となる骨組織２３２よりも小さいようにサイズ決めすることが好ましいが、必須ではない。好ましくは、インプラント１００が、骨組織２３２中の割れ目２３０の近位にある外面２３３の平均半径よりも小さい、内面２２２の曲率によって画定される半径を有する。インプラント１００は多様なサイズで提供可能であり、さらに土台となる骨組織２３２中の割れ目２３０を適切にカバーするのに十分な長さおよび幅を有することができる。別法として、インプラント１００を実質的に均一なサイズで提供するか、または一定の範囲で均一に増加するサイズで提供された一連のインプラントの１つとして提供することができる。インプラント１００の本体１０２は高分子材料から形成されているので、外科医は、手術中にまたは手術直前に、それを所望の幅および高さに容易に切断することができる。
【００３６】
図９は、本発明の圧縮インプラントとして使用するためのインプラント２５０の一実施形態を例示する。このインプラント２５０は、長手軸２５４を画定する実質的に細長いプレート２５２として例示してある。プレート２５２は、第１受け面２５６および対向する第２受け面２５８を含む。周囲側壁２６０が第１受け面２５６と対向する第２受け面２５８の間に位置する。インプラント２５０は様々なサイズと形状で提供可能であることを理解されたい。代替実施形態では、インプラント２５０を実質的に平面的なすなわち平坦なプレートとして提供する必要はない。（例えば、図１２参照。）インプラント２５０は、軸２５４に沿って測りかつ基準線２６１によって例示する長さＬ１を有するように提供してある。インプラント２５０はまた、長手軸２５４を横切って測った幅Ｗ１を有する。長さＬ１およびＷ１は、受け面２５６が骨異常部分を橋架けできるように、かつプレート２５２を土台となる骨組織に確実に係合するように選択されている。さらには、インプラント２５０の元の寸法にかかわりなく、このインプラントは高分子材料から形成されているので、外科医が、手術直前にまたは手術中に、その寸法および形状を容易に変更することができる。このような変更には、修復するべき骨組織の正確な解剖学的形状をカバーするために、所望のサイズおよび形状にインプラント２５０を切断すること、ならびにインプラント２５０を所望の形状に成形するために、それを変形温度まで加熱することを含む。インプラント２５０はまた、骨用のねじ、ステープル、ピン、縫合糸などの固定具を受け取るために形成した様々な開口２６４を含むことができる。
【００３７】
１つの好ましい実施形態では、インプラント２５０が、通常体温以下、好ましくは約３８℃と周辺室温の間、より好ましくは約３７℃と約１５℃の間の変形温度を有する形状記憶高分子材料から形成されている。さらに図１０を参照すると、１つの使用例では、インプラント２５０を植え込む前に、そのインプラントをその予め選択した変形温度に維持し、かつ長手軸２５４に沿ってまたは長手軸に対して斜め方向に、あるいは両方向に好ましくは伸長することによって変形させる。別法として、インプラントを患者の中に植え込みやすくするために、インプラントを他の任意所望の形状に変形することもできる。図１０の変形インプラント２８０は、インプラント２５０をその長手軸に沿って伸長することによって得られた変形インプラントの一実施形態を例示するにすぎない。この変形インプラント２８０は、軸２８４に沿って測りかつインプラント２５０に関するＬ１よりも長い基準線２８６によって例示する長手方向の長さＬ２を有する本体２８２を含む。例えば、いくつかの実施形態では、Ｌ２を長さＬ１よりも少なくとも約２０％長いように提供できる。長さＬ２をインプラント２５０の長さＬ１よりも約４０％長いように提供できることがより好ましい。
【００３８】
さらに図１１を参照すると、損傷を受けた骨組織３００に適用した変形インプラント２５０が例示してある。外科医は、手術時に分離した骨または断片化した骨３０２（一部を区切って示す）を互いに緩く接合することができる。最初に図１０の変形インプラント２８０を、整形外科手術で一般的に使用する手段で、例えば固定具、すなわち、１つまたは複数の開口２８８を介して挿入される骨用のねじ、ピン、縫合糸、骨用接着剤を使用して、選択した骨部分または断片に固定することができる。外科医は、利用可能な骨組織、土台となる骨組織の健康状態、および健康な骨組織の全体的な解剖学的な形状を考慮した後で、適切な取付け手段および取付け箇所を選択することができる。インプラント２８０は重合体から形成されているので、手術時に固定具用の追加的な穴を容易に設けることができる。追加的な固定具を骨組織の、割れ目に対向する側の上にまたは他の骨断片中に固定することができる。インプラント２８０を骨組織に確実に固定して間隙または断片化した骨組織をカバーした後で、このインプラントを選択刺激にさらして、例えば、変形温度Ｔｄより上に加熱して、図１１のインプラント２５０によって例示するように、それを元の形状とサイズに復帰させる。
【００３９】
変形インプラント２８０を、インプラント２５０によって例示する元の形状に復帰させる熱力学的な駆動力によって、骨断片、割れ目または結合組織（すなわち、腱、靱帯および軟骨）に対して力が加わり、それらを相互に緊密なまたは実質的に支え合う関係にする。これが骨断片および結合組織の修復を助長する役割を果たす。さらには、結合組織を強化するように、または骨構造に代わる結合組織の置換え物としての役割を果たす。このような形態では、インプラントは生分解性または非生分解性でもよい。インプラントが生分解性の場合は、インプラントには、間隙中に付着させるか、またはインプラントの１つまたは複数の表面上に塗布するか、または高分子基質中に吸収させた組織成長促進因子が含まれていることが好ましい。
【００４０】
一代替実施形態では、形状記憶高分子材料の変形温度が、インプラント１０、１００および１４０に関して上で説明したように、通常体温よりも上にあるように選択可能である。熱エネルギーを固定した変形インプラントに加えることによって、骨断片を固着させかつ／または骨組織３００の割れ目を閉ざす。この実施形態は、骨断片または割れ目を癒合するために骨の異常部分に追加的な圧縮力が必要なときに有利に使用することができる。インプラントをその変形温度よりも下に冷却することによって、それを固定した圧縮構造に効果的に凝固させて骨断片を固着させかつ最終的に骨組織を融合させるのを助長する。
【００４１】
図１２は、３つの隣接する椎骨にまたがる固定インプラント３３０を例示する。使用に際して、インプラント３３０を用いて隣接する腰椎を接合し、かつ損傷した前縦靱帯（ＡＬＬ）を再付着し、強化しまたは置き換えることができる。この植込み骨プレートは、手術後に患者の脊椎の安定的な伸長を向上させ、しかもつなぎ合わせた椎骨間の所望の椎間板空隙高を依然として維持することができる。この実施形態では、インプラント３３０を患者に挿入する前にまたは選択した椎骨に取り付ける前に変形することができる。インプラント２５０および２８０に関して説明したように、変形可能なプレートをその長手軸に沿って伸張することによって、インプラントを変形することが好ましい。その後で、この変形インプラントを所望の椎骨３４０、３４２および３４４に取り付けることができる。インプラント３３０が、通常体温以下の変形温度を有する形状記憶高分子材料から形成されていれば、好ましくは、外科医は、インプラント３２０が患者から十分なエネルギーを吸収し、かつその元の形状に復帰し始める前に、その変形形状にあるインプラントを椎骨３４０、３４２および３４４に取り付けるべきである。一旦固定インプラントが患者から十分なエネルギーを吸着するか、または実質的にその変形温度よりも上に加熱すると、形状記憶高分子材料が弾性化する。重合体中の内部熱力学的力が整形インプラントに応力を引き起こしてその元の形状に復帰させる。このような歪力が取り付けた椎骨３４０、３４２および３４４に伝達して、それらに所望の椎間板空隙高および／または配向を取らせる。椎骨上で位置決めされた制約のために、インプラント３３０は、予め形成したインプラント３２０の形状、長さおよび幅を完全に保持できないことを理解されたい。さらに、変形温度が体温以下であるように選択されているので、プレートの有効寿命の間、インプラント３３０は弾性または超弾性状態に留まっており、かつ取り付けた椎骨に張力を与え続け、さらにそれを所望の位置合せ状態に圧迫する。図１２はインプラント３３０を椎体に取り付けてあるところを示すが、このインプラントを任意の骨構造に取付け／結合するように提供できることを理解されたい。代替形態では、インプラント３２０によって、靱帯、腱および／または軟骨などの任意の結合組織と置き換えるかまたはそれらを強化することができる。したがって、ＳＭＰ材料は結合組織を模倣する特性を有する。特に、ＳＭＰ材料は隣接する骨構造を結合するために引張り強さを発揮するように選択されている。
【００４２】
上で論じたインプラントを形状記憶高分子材料からそれぞれ作製することができる。これらの形状記憶高分子材料は生分解性および非生分解性重合体を含む多様な重合体から選択することができる。好ましい実施形態では、形状記憶高分子材料が、ｌ、ｄ、またはｄ／ｌラクチド（乳酸）；グリコリド（グリコール酸）；エーテル；エチレン、プロピレン、ブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−１、４−メチルペンテン−１、スチレン、ノルボルネン等々のオレフィン；ブタジエン；アクリレート、メタクリレート、メチルメタクリレートなどの多官能価モノマー；例えば、カプロラクトンなどエステル、およびこれらのモノマーの反復単位の混合物などに由来する重合されたモノマーを含む、オリゴマー、ホモポリマー、共重合体、および重合体配合物から形成される。
【００４３】
共重合体という用語を使用することによって、２つ以上の特有のモノマー反復単位から形成した重合体を本発明の範囲内に含むことが意図されている。このような共重合体は、ランダム共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体、放射（ｒａｄｉａｌ）ブロック共重合体、ジブロック共重合体、トリブロック共重合体、交互共重合体、および周期（ｐｅｒｉｏｄｉｃ）共重合体を含み得る。重合体配合物という用語を使用することによって、ポリマーアロイ、半相互侵入重合体網目（ＳＩＰＮ）、相互侵入重合体網目（ＩＰＮ）を含むことが意図されている。
【００４４】
本発明の好ましい形状記憶成形インプラントは、次のような高分子のホモポリマー、共重合体、重合体配合物、およびオリゴマーを含むように製作されているが、それらには、ｄ、ｌ、ｄ／ｌポリラクチド；ポリグリコリド、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）、ポリ（β−ヒドロキシブチレート）；ポリ（β−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−ヒドロキシバレレート）、ポリ（トリメチレン炭酸塩）ポリウレタン、ポリ（エチレン−ｃｏ−酢酸ビニル）（ＥＶＡ）、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン）（ＥＰＲ）、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン−ｃｏ−ジエン）三量体（ａ　ｔｅｒ−ｐｏｌｙｍｅｒ）（ＥＰＤＭ）、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリイミノ炭酸塩ポリ無水物、エチレンおよびプロピレンの共重合体および／または他のα−オレフィンあるいはこれらのα−オレフィンの共重合体がある。これらの中では、低密度ポリエチレン、線低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレンおよび高密度ポリエチレンなどの様々な種類のポリエチレンならびにポリプロピレンが好ましい。
【００４５】
好ましい重合体には、ラクチドまたはグリコリドの生分解性ホモポリマーあるいはそれらの生分解性共重合体が含まれる。典型的な重合体が、その全体の開示を参照により本明細書に組み込む米国特許第４，９５０，２５８号に記載されている。ラクチドおよびグリコリドの共重合体を使用して成形生産物を形成するとき、これらの共重合体は、基本的に９０〜１０モルパーセントのラクチドおよび１０〜９０モルパーセントのグリコリドの組成からなることが好ましく、基本的に８０〜２０モルパーセントのラクチドおよび２０〜８０モルパーセントのグリコリドからなることが最も好ましい。このような特定の範囲内で、共重合体が所望の変形特性を呈する。例えば、これらの共重合体は、ラクチドとグリコリドのそれらのモル比が１対１に近似するとき、より低い温度でより柔軟かつ容易に変形可能である。一般的に言えば、ＳＭＰ材料の結晶相が少なければ少ないほど、それだけ変形温度が低くなる。
【００４６】
本発明の重合体組成は、その剛性、成形性および形成適性を向上させるために熱可塑性樹脂および／または熱可塑性エラストマーをさらに含むことができる。さらには、形状記憶成形インプラントは、この成形インプラントの所望の形状記憶効果、生体適合性および／または生分解性特性を変更しないような量で、着色剤、安定剤、充填剤等々の添加剤を追加的に含むことができる。
【００４７】
重合体は、それが重合体転移の活性化によってその記憶状態を取ろうとすることに特徴がある。活性化は、重合体による熱の吸着、重合体による液体の吸着、または重合体と接触状態にある液体のｐＨの変化によって生じ得る。重合体は、ｎ−ビニルピロリドンなどの親水性材料を重合体に混合することによって液体の吸着に反応するように配合される。メタクリル酸またはアクリル酸などの材料を重合体に混合することによって、ｐＨに敏感な転移性を有する重合体が得られる。重合体の転移は、熱によって活性化する転移でもよく、その転移では、熱を吸着すると、重合体がガラス転移または結晶融点を経る。
【００４８】
１層または複数層の形状記憶高分子材料を含む積層材から形成される椎間インプラントを提供することも本発明の範囲内にあるものと考える。例えば、成形インプラント１０に、形状記憶高分子材料の外部層を含む上面１２を備えることができる。同様に、下面１４にも形状記憶重合体の積層を備えることができる。側壁１６を形成するために使用する材料は、任意の従来の生物的適合性高分子材料から形成可能である。好ましい形態では、周囲側壁を上で説明した生分解性高分子材料から形成する。積層インプラントは、このように提供されるとき、ある一定の温度におけるインプラントの所望の変形に応じて様々な圧縮強度を有する異なる層を含むように提供することができる。例えば、外部層が形状記憶高分子材料から形成されている積層構造は、周囲側壁１１４に中間層を形成するために使用する高分子材料よりもかなり小さい圧縮率を有することができる。これは、本発明を使用することによってインプラントに顕著な利点をもたらす。例えば、脊椎のより大きな柔軟性を可能にするために、インプラントの圧縮強度を増大させることができる。別法として、積層構造によって、体内での生分解性の異なる率が備わる。例えば、周囲側壁の中間層よりも小さい結晶化度を有する形態で外部積層を設けることができる。生分解性重合体などの重合体により小さい結晶化度が備わっているとき、それらの重合体は、より大きい程度の結晶化度を有する重合体よりも格段に速い率で分解する。より小さい程度の結晶化度を有する重合体は、乳酸およびグリコール酸の共重合体を付与することによって調製可能である。重合体中のグリコール酸の量を増加するまたは乳酸のｄからｌの異性体の量を変えることによってその結晶化度が減少し、したがってその分解率が増大する。
【００４９】
上で述べたように、このインプラントは、その変形温度を上回るまで加熱するとき変形可能である。ほとんどの場合、変形温度（Ｔｄ）は、ガラス転移温度（Ｔｇ）に実質的に等しいことになる。その変形温度を上回るまで加熱するとき、高分子材料は、様々な形状に成形できる弾性または超弾性を呈する。例えば、本発明に関して、成形インプラントを約４０℃と約１００℃の間の温度まで加熱することができる。次いで減少した断面輪郭を有する変形形状にインプラントを変形させるために、圧縮力を加えることができる。インプラントを変形するために必要な圧縮力の好ましい例は、約１８ＫＰａと約９００ＫＰａの間の範囲内にある。次にこの変形インプラントをＴｄよりも低くなるまで冷却できるが、この温度は変形インプラントをその変形形状に効果的に凝固させる。変形インプラントを直ちに使用することもできるし、あるいは変形インプラントを後で使用するために保管および／または出荷することもできる。明らかなことであるが、使用前に、好ましくは化学的または放射線滅菌技法を用いて変形インプラントを滅菌するべきである。
【００５０】
手術時に、この変形インプラントを収容するために椎間板空隙を調製する。一部または全部の椎間板切断のための手術技法は、当業の外科医によって一般に知られている。変形インプラントは、後方、前方、または後方横側を含めて、様々な方向から挿入可能である。
【００５１】
調製した椎間板空隙中に変形インプラントを植え込んだ後で、変形インプラントをそのガラス転移温度を上回るまで加熱する。これは様々な技法および器具によって実行することができる。例えば、変形インプラントを温塩水で洗浄し、次いでそれを患者から吸い出すことができる。明らかなことであるが、温塩水が隣接する組織に外傷または損傷を与えない程度に、その温塩水を低い温度に保つことが好ましい。別法として、インプラントがその側壁に開口を含むとき、骨原性材料を十分高温に加熱して、その後で変形インプラントの周囲側壁中の開口へ注入することができる。これを滅菌用温塩水による椎間板空隙の洗浄に加えて、あるいはその代わりに実行することができる。
【００５２】
さらに別の実施形態では、加熱器具または他の適切な電子機器を使用して、隣接する体組織に熱および外傷を与えずに植え込んだ変形インプラントを加熱することもできる。ＳＭＰ材料を加熱するには、熱風エアガン、小型溶接ガンまたははんだ付けガン、あるいは電子焼灼チップなどの任意適切な熱生成装置が使用可能である。手術室に一般的に装備されているレーザも使用できる。レーザが特に望ましいのは、それが使用上の確実性および操作性がよく、ごく短時間で十分な熱が生成可能であり、かつ熱の方向性が良いので熱性壊死を引き起こしにくいからである。加熱動作は手術時に体内で実施可能である。さらに他の実施形態は、超音波装置、光放射生成装置および／または他の電磁放射生成装置の使用を含む。
【００５３】
変形インプラントをその変形温度を上回るまで加熱すると、変形インプラントは、その元の成形形状に復帰していく転移を自然に経る。しかし、上で論じたように、椎間板空隙内部の空間的な制約によって、変形インプラントは、元の成形インプラントにおいて本来備わっていた全高（Ｈ１）に達することはできない。
【００５４】
拡張インプラントが所望の高さまで拡張したとき、外科医は熱源を除去してもよく、したがって、変形温度を下回るまで拡張インプラントを冷却して、その第２のすなわち拡張した形状に凝固させることができる。インプラントは、比較的短時間のうちにその変形温度を下回るまで冷却する。インプラントがその拡張した形状に凝固したら、外科医は、隣接する椎体に施した伸延をいずれも縮小することができる。このような拡張した形状では、植込みインプラントは、脊柱によって加わる生物力学的負荷に耐えるのに十分な圧縮率を有する。
【００５５】
インプラントの圧縮率をさらに高めるために、インプラントを作製するために使用する高分子材料が、充填剤；結合剤；繊維、例えば、ガラス繊維、炭素繊維等々の強化相；例えば、セラミック粒子または骨由来粒子の凝集体；および血小板などの多様な添加剤を含むことができる。
【００５６】
スペーサは、射出成形、押出成形、真空成形、吹込成形、およびトランスファー成形を含めて多様な技法によって製作可能である。積層構造は、隣接層の共有押出成形、重ね成形を含む当業で知られている技法を使用して製作可能であり、また生体適合性接着剤を使用して積層構造を作製することもできる。高分子材料を硬化することによって、または重合体鎖間の架橋を伝播させることによって、元の成形形状をインプラント本体に記憶させる。重合体の硬化には、熱、溶剤またはｐＨ変化を含むことができることを理解されよう。さらには、架橋を誘導してＳＭＰ材料を形成できる架橋可能な添加剤を提供するために、架橋可能な添加剤を重合体またはプレポリマー材料に含めることができる。
【００５７】
ここで用いる用語、骨原性材料とは、天然、合成および組換えタンパク質、ホルモン等々を含めて、骨成長または治癒を促進する事実上任意の骨通導性または骨誘導性材料を意味する。本発明で使用する骨原性材料は、薬学的に許容される担体中の骨形態形成タンパク質などの治療上有効量の骨誘導因子を含むことが好ましい。これらの因子の例には、組換えヒト骨形態発生ホルモン（ｒｈＢＭＰ）ｒｈＢＭＰ−２、ｒｈＢＭＰ−４およびその異質二量体が含まれる。しかし、マサチューセッツ州ケンブリッジ市のＧｅｎｅｔｉｃｓ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｉｎｃ．から市販されているＢＭＰ−１〜ＢＭＰ−１３と称する骨形態発生ホルモンを含めて、任意の骨形態発生ホルモンを企図する。以上のように製造されたものか、または骨から分離されたものを含めて、すべての骨誘導因子が企図されている。
【００５８】
骨原性材料には、脱無機質骨基質および随意選択的にゼラチン物質などの担体を含めてもよい。この脱無機質骨基質は粉末、ペーストまたはゲルの形態で提供可能である。粉末として提供される場合は、骨原性材料を無菌水、食塩水、グリセリン溶液または他の生理溶液に加えて液体状に戻すことができる。このように還元した材料をインプラント組立体の回りに成形することができる。手術時に外科医が骨原性材料を椎間インプラントに注入するか、あるいは予め組成物を注入したインプラントを挿入してもよい。このような場合、輸送および保管のために、骨原性組成物を安定化させることもできる。骨原性材料は、インプラント組立体の中におよび回りに保持できるパテとして供給することもできる。この骨原性パテは、体温付近では半硬直形態に固まる成形可能で流動可能な材料である。次いで、調製した椎間板空隙中に、骨原性材料を含んだ椎間インプラントを挿入する。この骨原性材料はまた、骨細片、好ましくは皮質骨細片などの強化成分を含んでもよい。本発明で使用するのに適切な骨原性材料の例には、限定しないが、フロリダ州アラチュア（Ａｌａｃｈｕａ）市のＲｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＯＳＴＥＯＦＩＬ、ニュージャージー州イートンタウン市のＯｓｔｅｏｔｅｃｈ社から市販のＧＲＡＦＴＯＮ　ＣＲＵＮＣＨ、およびコロラド州デンバー市のＡｌｌｏｓｏｕｒｃｅ社から市販のＡＬＬＯＭＡＴＲＩＸが含まれる。
【００５９】
本発明は当業者なら想到するはずの修正形態を企図するものである。本発明の趣旨から逸脱することなく、当業者なら想到するはずの、本発明で実施する工程の変更、再構成、代用、削除、再現、組合せ、または他の工程への追加が可能であることも企図されている。さらには、当業者なら想到するはずの、これらの工程内における様々な段階、ステップ、手順、技法、局面および動作は、変更、再構成、代用、削除、再現または組合せが可能である。個々の出版物、特許または特許出願ごとに、具体的かつ個別的に参照により組み込みかつその全体を本明細書に記載する旨を指摘する場合と同様に、本明細書に引用する出版物、特許、および特許出願はすべてを参照により本明細書に組み込む。
【００６０】
さらには、本明細書で述べる動作理論、証明または知見はいずれも、本発明の理解をさらに深めることを意味しており、したがってこのような理論、証明、知見に基づいて本発明の範囲を画定することを意図するものではない。
【００６１】
図面および以上の説明において本発明を例示しかつ詳細に説明してきたが、それらは例示的であり、したがって本質的に限定するものではなく、好ましい実施形態のみを示しかつ説明しかつ本発明の趣旨の範囲内に包摂されるすべての変更および修正形態の保護を望むことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による変形可能なインプラントの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】
図１に例示したインプラントに由来する変形インプラントの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】
本発明の一実施形態による、隣接する椎骨間に１対の変形可能なインプラントを左右に位置決めしたところを示す斜視図である。
【図４】
本発明によるＣ字形の変形可能なインプラントの一実施形態を示す斜視図である。
【図５】
本発明に使用するための、渦巻き状に巻いた変形可能なインプラントの一実施形態を示す斜視図である。
【図６】
図５のインプラントに由来する変形インプラントの一実施形態を示す斜視図である。
【図７】
図５のインプラントに由来する変形インプラントの一代替実施形態を示す斜視図である。
【図８】
本発明に使用するための、図４のインプラントに由来する変形骨プレートを示す斜視図である。
【図９】
本発明に使用するための、変形可能な骨プレートの一実施形態を示す斜視図である。
【図１０】
図９の骨プレートに由来する変形骨プレートの一実施形態を示す斜視図である。
【図１１】
骨組織に固定した、図１０の変形インプラントを示す斜視図である。
【図１２】
３つの椎体に固定した、図１０のインプラントに由来する変形骨プレートを示す斜視図である。
【国際公開パンフレット】
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2004512099.tif 000047
2004512099.tif 000048
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004512099.tif 000049
2004512099.tif 000050
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004512099.tif 000051
2004512099.tif 000052
【国際調査報告】
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2004512099.tif 000054
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