JP2004507319A - 人工椎間円板 - Google Patents

Abstract

バイオマテリアルを輸注し、椎間円板内で元位置で硬化させることにより椎間円板を修復する系が提供される。本発明の系は、装置（挿入することができるバルーンおよび関連する管腔を有する）、制御装置およびアダプターの他に元位置で硬化することができるバイオマテリアル（および関連するバイオマテリアル輸注手段）を含む。前記系は、医師が、伸延圧および／またはバイオマテリアル輸注圧を制御することによってバイオマテリアル輸注のための適切な終了点を決定することを可能にし、さらに場合に応じてポリマー硬化を改善およびインプラントの特性を改善するために所望量のバイオマテリアルをバルーンに輸注することを可能にする。さらにまた、前記の系を用いてバイオマテリアルを輸注し元位置で硬化させることによって、椎間円板を修復する関連方法が提供される。前記の系を用いて、人工の完全な椎間円板または人工の円板髄核を周囲の円板組織は実質的に無傷のまま残して移植することができる。

Description

【０００１】
【関連出願の相互引用】
本出願は、米国特許出願第０９／６４９，４９１号（２０００年８月２８日出願）の部分継続出願である（前記出願の内容は参照により本明細書に含まれる）。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本明細書に開示する発明は整形外科術および装置の分野に関する。特に、本発明は埋め込み用人工器官の分野に関し、より具体的には椎間円板を修復する方法および装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
椎間円板（前記は脊椎の隣接する椎骨の間に位置する）は、脊椎に構造的支えを提供するとともに脊柱に出現する力を配分する。椎間円板は３つの主要成分、軟骨終板、髄核および線維輪から成る。中心部分、髄核は比較的柔らかくゼラチン質であり、水分が約７０から９０％を構成する。髄核は高含有量のプロテオグリカンを含み、さらに顕著な量のＩＩ型コラーゲンおよび軟骨細胞を含む。前記髄核の周囲に線維輪があり、これはより堅牢性が高く、約４０％のＩ型コラーゲン、６０％のＩＩ型コラーゲンおよび線維芽細胞で構成される組織化された繊維性ネットワークを含む。前記線維輪部分は辺縁の機械的支えを円板に提供し、ねじれに対する抵抗性をもたらし、さらにより柔らかい髄核部分をその流体静力学圧に抗しつつ収納する役割を果たす。
【０００４】
しかしながら椎間円板は多数の損傷の影響を受け易い。線維輪の開口部から髄核が（しばしば脊椎内の神経根に脱出物質が触れる程度まで）突出し始めるときに椎間板ヘルニアが発生する。線維輪の後方部分および後外側部分は減衰作用およびヘルニア形成に対してもっとも敏感で、したがって、垂直の圧縮力によって生じる椎間円板上の流体静力学圧によってより損傷を受け易い。椎間円板並びに線維輪の種々の損傷および変質は以下の文献で考察されている：Ｏｓｔｉ ｅｔ ａｌ．， Ａｎｎｕａｒ Ｔｅａｒｓ ａｎｄ Ｄｉｓｃ Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｌｕｍｂａｒ Ｓｐｉｎｅ， Ｊ． Ｂｏｎｅ ａｎｄ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ， ７４−Ｂ（５）：６７８−６８２（１９８２）； Ｏｓｔｉ ｅｔ ａｌ．， Ａｎｎｕｌｕｓ Ｔｅａｒｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌ Ｄｉｓｃ Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ， Ｓｐｉｎｅ， １５（８）：７６２−７６７（１９９０）； Ｋａｍｂｌｉｎ ｅｔ ａｌ．， Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ｓｐｏｎｄｙｌｏｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｕｍｂａｒ Ｓｐｉｎｅ ａｆｔｅｒ Ｐａｒｔｉａｌ Ｄｉｓｃｅｃｔｏｍｙ， Ｓｐｉｎｅ， ２０（５）：５９９−６０７（１９９５）。
【０００５】
多くの椎間円板損傷治療には、人工髄核または椎間円板スペーサーの使用が必要であった。多様な人工髄核インプラントが当分野では公知である。例えば米国特許第５，０４７，０５５号（Ｂａｏ ｅｔ ａｌ．）を参照されたい（前記は膨潤性ハイドロゲル人工髄核を開示する）。当分野で公知の他の装置（例えば椎間スペーサー）は、椎骨の間でくさびを使用し、脊椎によって円板上に生じる圧を減少させる。脊椎固定術のための椎間円板インプラントも同様に当分野で知られており、米国特許第５，４２５，７７２号および第４，８３４，７５７号でＢｒａｎｔｉｇａｎによって開示されている。
【０００６】
さらにまた他のアプローチでは、例えばＳｕｌｚｅｒの提供する態様でケージを使用する全円板の置換が実施される。そのＢＡＫ（登録商標）インターボディーフュージョンシステム（Ｉｎｔｅｒｂｏｄｙ Ｆｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）は、糸を通した中空の筒（ｈｏｌｌｏｗ， ｔｈｒｅａｄｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）を使用し、前記は２つまたは３つ以上の椎骨間に埋め込まれる。前記インプラントは骨移植片とともに詰められて椎骨の増殖が促進される。固定は、隣接する椎骨が前記インプラント全体およびその周辺で一緒に増殖し安定化されたときに達成される。
【０００７】
さらに他の研究者らは、椎間円板の修復で使用することを目的とする装置および／または方法を記載しているが、商品化はいうに及ばず更なる進展は全く存在しないように思われる。例えば以下の文献を参照されたい：フランス特許出願第ＦＲ２６３９８２３号（Ｇａｒｃｉａ）；および国際特許出願第ＷＯ９５３１９４８号（Ｍｉｌｎｅｒ ｅｔ ａｌ．）。両文献は、互いにおよび下記に述べる方法といくつか重要な点で異なっている。例えば、いずれの文献も、椎間板腔内で所望の圧を達成するために輸注される物質量をどのように注意深く制御することができるか、または制御しなければならないかについては言及はおろか意図すらしていない。さらにまた、いずれの文献も、バイオマテリアルを椎間円板腔に輸注する過程で硬化中のバイオマテリアルの初めの部分をシャント形成により迂回させる性能については意図も強調もしていない。
【０００８】
出願人は、バイオマテリアルで形成された人工インプラントであって、例えば侵襲性が最も少ない技術を用いて輸注することができさらに元位置で硬化させることができるものを報告した。例えば、出願人の米国特許第５，５５６，４２９号および国際出願公開公報第ＷＯ９５／３０３８８号を参照されたい。さらに、出願人の国際出願公開公報第ＷＯ９７／２６８４７号および国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／２０８７４号（１９９７年１１月１４日出願）（これら文献の各々の内容は参照により本明細書に含まれる）は、とりわけ椎間円板内での例えば以下の工程を含む方法による人工髄核の形成を開示する：折り畳まれた骨組装置（好ましい実施態様では“バルーン”と記載されている）をカニューレ（それ自体は線維輪内の開口部を通して配置されている）から挿入し、さらに、元位置で硬化するように適合させ、永久的な椎間円板の代替物を提供する流動性バイオマテリアルを前記バルーンに満たす。例えば以下の文献もまた参照されたい：出願人の特許出願、“多孔性バイオマテリアルおよびバイオポリマーによる表面再形成系”（ＰＣＴ／ＵＳ９９／１０００４）並びに“埋め込み可能組織修復装置”（ＰＣＴ／ＵＳ９９／１１７４０）および“静電気ミキサー”（ＰＣＴ／ＵＳ９９／０４４０７）。
【０００９】
これまでに記載された方法およびシステムをさらに発展させ評価していく過程で、例えば医師が手術中に適切な椎間伸延圧を決定し達成できるように、さらに続いて医師が所望量のバイオマテリアルをバルーンに制御しながらかつ効率的に送り込むことができるように、さらに種々の改良が所望されることが明白になった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、装置（前記装置はそれぞれに固有の種々の装置を含む）および元位置で硬化することができるバイオマテリアルの両方を含むシステムの他に、前記バイオマテリアルを輸注しこれを元位置で硬化させることによって椎間円板を修復する（例えば全体またはその一部を取り替える）方法を提供する。前記システムは、周囲の椎間板組織は実質的に無傷で残しながら完全な人工椎間円板または人工円板髄核を埋め込むために用いることができる。好ましい実施態様では、本発明は膨張させることができるバルーンを含む装置を提供し、これを椎間円板腔に挿入しさらに適切な位置に配置することを含む。いったん位置を決定したら、前記バルーンに硬化性バイオマテリアルを前記バルーンが所望のサイズおよび容積に拡張するまで充填し、さらに、前記バイオマテリアルを元位置で完全に硬化させ、所望の形態および容積を有する最終的人工器官を形成し、椎間円板の所望の解剖学的構造および機能を実質的に提供または回復させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
種々の好ましい実施態様では、本発明の方法および装置は、これまでに報告されてきた種々のアプローチに対して様々な改良を提供する。例えば、本装置は、医師がバイオマテリアル輸注の適切な終了点を（例えば伸延圧および／またはバイオマテリアル輸注圧を制御することによって）決定し、したがって、所望の（例えば予め決定した）量のバイオマテリアルをバルーンに輸注し、それによってポリマーの硬化およびインプラントの特性の改善を達成することを可能にする。
【００１２】
好ましい実施態様の１つでは、前記バイオマテリアル輸注圧は、それ自体終了点の決定に使用される。前記システムは、人工椎間円板を元位置で（ｉｎ ｓｉｔｕ）形成する装置を含み、前記装置は以下によって構成される：
ａ）折り畳まれたバルーン（例えば変形性〈コンプライアンスであること〉または非変形性）、（前記バルーンは、椎間円板腔内の適切な位置に配置できるように適合されてあり、その結果、バイオマテリアルによる充填および膨張時に１つまたは２つ以上の外側組織接触面および対応する内側面によって形成される１つまたは２つ以上の内腔を提供し、前記内腔の少なくとも１つが硬化性バイオマテリアルを受容できるように適合されている）；
ｂ）第一および第二の管腔、（各管腔は基部端および遠位端を有し、各管腔の基部（すなわち患者）端は、バルーンの内腔と液体および／またはガスにより連結されているかまたは連結されるように適合されている）；
ｃ）１つまたは２つ以上のアダプター、（前記アダプターは好ましくは液体コントロールバルブを含み、前記は第一の管腔と結合されてあって、さらに、第一の管腔の遠位端と流動性バイオマテリアルの輸注装置との間の連結および液体の流れの提供を操作および制御できるように適合されている）；
ｄ）１つまたは２つ以上のアダプター、（前記アダプターは第二の管腔と結合し、充填過程でバルーン内の液圧および／またはガス圧を操作および制御できるように適合されている）。
【００１３】
場合によって、特に完全円板の取替えで使用する場合は、本発明のシステムは、前記装置と一緒に終板および固定成分を更に含む。
バルーンの素材は、バルーンが使用される際の条件下で実質的に変形性であっても（膨張の過程で拡張させることもまた可能であるという意味で）、実質的に非変形性であってもよい。
【００１４】
本発明の対応するシステムはしたがって以下を含む：
ａ）本明細書に記載したタイプの１つまたは２つ以上の装置、
ｂ）１つまたは２つ以上のバイオマテリアル源（前記バイオマテリアル源の少なくとも１つは、円板腔内で元位置で硬化させるために混合して装置のバルーン部分に輸注することができるように適合された複数の部分を含む）；および
ｃ）１つまたは２つ以上の対応するバイオマテリアル輸注装置、（各々は、複数のバイオマテリアル部分を混合し、硬化中のバイオマテリアルをバルーン部分の内腔に輸注できるように適合されている）。
【００１５】
好ましい実施態様では、本システムは、種々の任意の特色を含むことができる。前記特色には、バイオマテリアル輸注のための適切な終了点の指示を外科医に与えることができるように適合させた終了点モニターが含まれる。好ましい実施態様では、例えば前記終了点モニターには、装置の管腔（好ましくは第一の管腔）に結合させた圧力モニターが含まれる。前記圧力モニターは、円板腔内にバイオマテリアルを輸注することにより生じる伸延圧を決定することによって適切な終了点を検出および／または決定する場合に使用される。
【００１６】
前記のような実施態様の１つでは、本システムは圧力モニター成分を含む。前記モニター成分は、身体外部のバイオマテリアルの代表的サンプルをモニターすることによって、バルーン内に輸注されたバイオマテリアルの圧力を決定できるように適合されている。特に好ましい実施態様では、出願人らは、以下のような複雑な条件下で正確な圧を決定しようとすることの問題に注目した：第一に、バルーン内の圧力を代表するような態様とはいえバルーン自体から離れた部位（例えば身体外部のバイオマテリアルの通り道）で、第二に、バイオマテリアルが硬化し続けているだけでなく、前記システム内の別々の個所で別々の速度で（例えば、バイオマテリアルの複数の部分の混合開始と前記の別々の個所との間の経過時間と距離に左右されて）硬化する可能性があるシステム内で迅速に正確にさらに実質的にリアルタイムで圧力の読みを提供しなければならない。ある実施態様では、出願人らは、本明細書で述べるように他に例のない圧力ゲージおよび／またはセンサーの配置および使用によって前記の問題を解決した。
【００１７】
バイオマテリアル輸注の終了点モニターは、輸注圧または伸延圧以外のパラメーターまたは前記に加えて他のパラメーター、例えば単独で有用であるかまたは互いに連携して有用な他のパラメーターを基準にしてもよい。前記のような終了点モニターには、例えば輸注されたバイオマテリアルの容積を基準にするもの、および／または達成された伸延の程度を測定および／または可視化する手段（例えばＣアームまたはインターオペラティブＭＲＩによって）が含まれる。
【００１８】
場合によって、または前記終了点モニターの他に、本システムは、バイオマテリアル輸注装置とバルーンとの間でバイオマテリアルを分流排出（シャント）するために使用するアダプターを含むことができる。前記アダプターは、例えばバイオマテリアルの最初の部分をシャントするために、および／または別の方向にバイオマテリアルの流れを再誘導（例えばシャント）することによって輸注装置からバルーンへのバイオマテリアルの流れを終了させるために前記装置の第一の管腔に結合させてもよい。
【００１９】
別の特徴では、本発明は硬化性ポリウレタン組成物の形態でバイオマテリアルを提供する。前記組成物は、無菌的に処理することができるか、または滅菌、安定保存できさらに流動性組成物の提供および硬化開始のために使用時に混合することができる複数の部分を含む。前記部分は以下を含む：（１）１つまたは２つ以上のポリオール（例えばポリエーテルまたはポリカーボネートポリオール）および１つまたは２つ以上のジイソシアネートおよび場合によって疎水性添加物の反応生成物を含む準プレポリマー成分、および（２）１つまたは２つ以上のポリオール、１つまたは２つ以上のチェーン増量剤（ポリマー伸長剤；ｃｈａｉｎ ｅｘｔｅｎｄｅｒ）、１つまたは２つ以上の触媒、および場合によって他の成分（例えば抗酸化剤および染料）を含む硬化用成分。混合時に前記組成物は十分な流動性を有し、身体に輸注することが可能で、したがって生理的条件下で完全に硬化させることができる。好ましくは、前記成分の部分はそれら自体流動性を有するか、または、それらの混合および使用を容易にするために十分な流動性をもたせることができる。
【００２０】
本発明のまた別の特徴は、人工椎間円板または髄核を提供する方法を含む。特に好ましい実施態様では本方法は以下の工程を含む：
ａ）以下のように椎間円板を準備し、前記円板にアクセスする：
ｉ）椎間円板にアクセスし；
ｉｉ）例えば椎間板切除を実施することにより椎間円板から損傷組織または病変組織を除去して間隙を創出し；
ｉｉｉ）膨張させることができるバルーン部分、場合によって終板または所望の位置にバルーンを保持するための他の適切な手段、および１つまたは２つ以上のバイオマテリアル輸注装置と対応するバイオマテリアル源で構成されている装置を含む本発明のシステムを供給し；
ｉｖ）前記装置の前記膨張性バルーン成分を前記創出した椎間円板間隙内（例えば椎間円板の髄核部内）に、例えば導入カニューレを用いて挿入し（前記カニューレはその基部内に圧縮された形状のバルーンを含み、好ましくは前記椎間円板間隙内の組織に固定できるように適合されている基部端を提供する）；
ｖ）例えば、前記カニューレを前記椎間円板間隙内で固定し、前記導入カニューレを引き込み、および／または圧縮バルーンを導入体から前記間隙内に差し伸ばすことによって（好ましくはバルーンが少なくとも部分的にそれ自体を前記利用可能な間隙に一致させるために適した態様および条件で）、前記バルーンを前記間隙内に導入し適切な位置に配置する；
ｂ）以下の工程によってバイオマテリアルを輸注する：
ｉ）バルーン上を真空にして閉鎖位で前記バイオマテリアルとの液体連絡路をを生じ；
ｉｉ）硬化を開始させるためにバイオマテリアルの複数の部分を混合し、さらに混合され硬化能を有するが未だ流動能を有するバイオマテリアルを、好ましくは前記混合されたバイオマテリアルの最初の部分をシャントした後でバルーンに充填し；
ｉｉｉ）バイオマテリアルでバルーンを膨張させ（場合によって拡張させ）、さらにバルーン内で完全に硬化させて人工器官を形成し、ここでバルーンの充填および拡張並びにバイオマテリアルの硬化は、装置内のバイオマテリアルの液体圧を前記工程を通して、場合によっておよび好ましくは一定時間の間、さらに椎間内の伸延を達成および／または維持するために十分な圧で制御することにより実施される；さらに
ｃ）前記システムの不要な部分または成分を外科部位から除去する、例えば椎間円板または線維輪を越えて伸長する前記装置部分を切断および除去する。
【００２１】
したがって、前記バイオマテリアル輸注装置は、流動性、硬化性バイオマテリアルを第一のカニューレに輸注し、それによって前記バルーンを充填し、さらに空気および過剰のバイオマテリアルを第二のカニューレから押し出す。カニューレおよびバルーン内の液圧は、液体の注入口の圧力を液体制御バルブおよび輸注装置からバイオマテリアルを排除しようとする力による制御とともに、第二のカニューレに存在する液体の量および／または速度を調節することによって制御できる。
【００２２】
本発明はまた、本発明のシステムを収めたキットであって、さらにバイオマテリアル源およびバイオマテリアル輸注装置を含むキットを含む。前記キットはさらにカニューレ挿入誘導ワイヤ、カニューレをバルーンから切断する装置（例えば同軸切断器）、および椎間円板組織の修復を促進する装置（例えば出願人の米国特許出願第０９／０８６，８４８号が開示する線維輪充填物（ａｎｎｕｌａｒ ｐｌｕｇ）、前記文献は参照により本明細書に含まれる）を含むことができる。
【００２３】
さらに本発明に含まれるものは、本発明の装置、システムおよび方法を用いて元位置で形成される人工器官である。ある実施態様では、前記人工器官は線維輪内で天然の椎間円板または増大させた（例えば補てつ）椎間円板の終板に並べて提供される。また別の実施態様では、前記人工器官は、天然の線維輪と実質的に置き換えた態様で提供され、さらに場合によっては、天然の骨に付着させ並置させた１つまたは２つ以上の人工終板成分を含む。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、装置およびバイオマテリアルを含むシステムの他に、元位置で硬化することができるバイオマテリアルを用いて椎間円板を修復するための前記システムの使用方法を含む。本発明を用いて、周囲の円板組織は実質的に無傷のままで人工髄核を埋め込むことができる。また別の実施態様では、本発明を用いて全椎間円板を交換することができる。場合によって、さらに好ましくは、本発明の装置およびシステムは侵襲性がもっとも少ない使用に適合する。
【００２５】
椎間円板の修復で用いられる膨張させることができる装置を図面、特に図１から図５を参照して説明する。図１では、バルーン部分（１２）およびバイオマテリアル導管（１４）を有する装置（１０）の一定の成分が示されている。前記バルーンは、椎間板切除後の線維輪外皮内に配置できる寸法を有し、代替円板を提供するためにバイオマテリアルで充填される。
【００２６】
ここに示した実施態様では、導管（１４）は排出システム（１６）を有し、前記排出システムは、導管の内部を通過するために導管の壁（２０）を突き抜けて遠位点から導管に沿って進む空気道（１８）を含む。空気道（１８）はバルーン（１２）の基部端または基部端近くで終了し、この位置で、気体または他の液体を加圧下で提供するために（例えばバルーンを適切な位置に配置するためおよび／または接合部を引っ込めるために）、前記空気道を用いることができ、さらに場合によって、バルーンにバイオマテリアルを充填する際にバルーン内の気体（例えば空気）を排出するため用いることができる。提示されているように、空気道（１８）には、好ましくは１つまたは２つ以上の排出孔（２２）がバルーン内の位置に提供され、前記は、バルーン内から気体の排出を改善することによって、バイオマテリアル輸注を促進するために役立つ。導管（１４）（空気道を含む）は、バルーンの壁に結合した箇所もしくはバルーンの壁を通り抜けた箇所（２４）またはその付近でバルーンから切断することができる。この態様では、前記導管はバイオマテリアルが硬化しているときまたは硬化後にバルーンから除去することができる。
【００２７】
図２に示すように、バルーンは、好ましくは鞘（２６）の中に折り畳まれた形状または巻き上げられた形状で提供され、前記鞘は切開部位上の線維輪に留めてもよく、または線維輪切開部に部分的に挿入して椎間円板腔内へのバルーンの挿入を誘導することができる。鞘（２６）、導管（１４）および空気道（１８）は各々、前記のような目的に一般的に用いられる物質（例えばナイロンカテーテル）で製造され、それぞれの機能を提供するために適切なサイズを有することができる。例えば、導管部分（１４）は、好ましくは長さが約１０ｃｍから約７０ｃｍであって手術の手法によって左右され、外径は約０．１ｃｍから約１ｃｍ、より好ましくは約０．３ｃｍから約０．７ｃｍである。対照的に、空気道（１８）は、典型的には外径は約１ｍｍから約３ｍｍで十分な長さを有し前記導管の基部から約２ｃｍから約４ｃｍ長い。次にバルーンは、典型的にはその最長部分の寸法が約１．５ｃｍから約６ｃｍ、幅は約１ｃｍから約４ｃｍで、バイオマテリアルを充填したとき高さは約０．５ｃｍから約１．５ｃｍである。好ましくは、バイオマテリアル導管（１４）および空気道（１８）の両方に、この２つの間でバイオマテリアルおよび液体の流れを調節する際にそれぞれ使用される制御および調節が可能なバルブ（２８）および（３０）が提供される。
【００２８】
好ましくは、空気道（１８）は、実質的にそれがバルーンと会合する箇所またはその近くで終わるように、すなわちそれがバルーン自体の中に伸びないように提供することができる。このようにして、インプラント内の硬化済みのバイオマテリアル中で空気道の遠位部が永久にケースに入ったままにする必要がない状態で、なお適切にバルーンの排出を行うことができることが判明した。
【００２９】
関連する実施態様では、成形装置（または、そのような成形装置を含むキットもしくはそのような成形装置を使用できるように適合させてあるキット）は、バルーンを元位置で適切な位置に配置する手段を含むことができる。前記手段は、例えば、輸注導管それ自体を通り抜けるか、または好ましくは、バルーンとの接触点またはその近くで終了する空気道を通り抜けて配置させることができる血管内誘導ワイヤの形態を有する。前記誘導ワイヤは、バルーンの適切な配置を容易にするため、および適所にあって充填前のバルーンの辺縁の輪郭を提供するために、差し伸ばされた状態であるが充填されていないバルーンの湾曲した外形を実質的に想定し、さらに方向を決定するための平面を提供するためにデザインできる。したがって、誘導ワイヤは、バイオマテリアルの輸注および空気の排出前にその部位から除去することができる。このような誘導ワイヤの使用は、特に、バイオマテリアルの導管と連結されていないで、バイオマテリアルの導管の外部に配置されている空気道を使用することによって容易になる。
【００３０】
場合によって、さらには鞘内で折り畳まれたバルーンの適切な配置を容易にするために、本発明は、さらに棒状物（例えばプラスチックコア材または金属ワイヤ）を提供し、前記はバルーン内に適切に配置することができるような寸法を有し、好ましくは前記導管内を通って前記棒状物を延ばすことによって機能する。いったん適所に配置したら、前記棒状物周辺でバルーンを折り畳むために、前記空気道からバルーン上に真空をもたらすことができる。同時に、バルーンを捩じるか、またはそうでなければ所望のコンフォーメーションに配置して、後でバイオマテリアルで膨張させるかまたはバイオマテリアルを充填したときに所望の個々の展開パターンを得やすくすることができる。ユーザーが適切な真空供給源を有するということを条件に、または真空供給源が提供されている場合には、前記のようにバルーンを折り畳む工程は、任意の適切な時期（使用直前を含む）に実施することができる。ある種の実施態様では、例えば折り畳まれた形状で長期間保存されて互いにひっつくか、または構造的完全性を失う傾向にあるバルーン材を使用するときは、使用直前にバルーンを折り畳むのが好ましいであろう。また別には、バルーン表面の潤滑性を改善し、それによってバルーン表面の接触によって互いに接着する機会を最小限にするために、前記バルーン材には適切な表面コーティング（例えば共有結合または非共有結合ポリマーコーティング）が提供されてあってもよい。
【００３１】
図６〜１１は、種々の追加および任意の実施態様および本発明の典型的なシステム（装置を含む）に付随する特色について説明する。図６は、本発明の好ましいシステムのある実施態様を示す液体回路の模式図である。図６では、システムはバルーン成分（１０２）の他にバイオマテリアル源（１０４）および複数のバイオマテリアル成分を輸注および使用時に混合する場合に用いるスタッティックミキサー（１０６）を含んでいるのが示されている。提示したように、前記回路にはまた、真空供給源（１０８）および付随の管腔（１１０）が、液圧モニター（１１２）およびパージ用小路（１１４）とともに含まれる。種々の機能が、３方向コントロールバルブ（１１６）を使用することにより制御される。前記バルブは、圧およびバルーンへのバイオマテリアル流を制御および／またはモニターする過程で種々の管腔にアクセスするために用いることができる。
【００３２】
続いて、図７は図６で示したような回路の模式図を示すが、これには以下を含む一定の圧力モニター成分が含まれる：圧力ゲージ（１２０）、注入口（１２４）および排出口（１２６）を有する液体導管（１２２）、並びにチェックバルブ（１２８）。
【００３３】
図８は本発明の装置の好ましい実施態様を示す。ここで、バルーン（１０２）（差し伸ばされた位置にあるバルーンが示されている）は、カニューレ（１３０）の基部（すなわち患者）端と結合してあり、前記カニューレ（１３０）は、その内部にバイオマテリアル輸注管腔（１０９）および真空管腔（１１０）を含み、前記真空管腔（１１０）は、適切な真空供給源（表示されていない）との結合のために必要な遠位アダプター（１３４）を有する。前記装置の遠位端にはさらにまた、バイオマテリアル源（１０４）（２部分円筒パック（１０４）の形状を有する）、およびスタッティックミキサー路（１０６）（その中に複数のミキサーエレメント（１３２）を有する）が結合されている。装置中のバイオマテリアル流はコントロールバルブ（１１６）によって制御され、前記バルブは、パージ用小路（図７の１１４）および輸注路（図７の１０９）間のように前記流れを制御することができる。
【００３４】
さらにまた、圧力モニターの形状をもつ終了点モニターが示されてあり、前記モニターは、バルーン内のバイオマテリアル輸注（場合によって伸延）圧の間接的ではあるが有効な表示を提供することができるように適合されている。前記圧力モニターには、圧力ゲージ（１２０）の他に液体伝送導管（１２２）（注入口１２４および排出口１２６とともにチェックバルブ１２８を含む）が含まれる。
【００３５】
図９は、バルーンおよび図８の関連する管腔成分の分離図を示す。前記では、バルーン（１０２）はカニューレ（１３０）の基部端に結合しているのが示されている。続いてカニューレには真空管腔（１１０）（ここでは分離した実質的にカニューレより細い管として示されている）およびバイオマテリアル輸注管腔（１０９）（カニューレ自体の内部に存在する管腔として示されている）の両方が含まれる。さらにまた、バルーンを覆う際に、さらに場合によってバルーンを適切に配置する過程で装置を組織に固定する場合に使用される、引き込み可能な鞘（１３１）（下記で説明する）が示されている。この特定のさらに好ましい実施態様では、真空管腔の基部はある位置（１３６）で終わり、この位置は、バルーンのカニューレ結合位置１３８から実質的に遠位にある。さらにまた、アダプター（１３８）が示されている。前記は、３方向バルブ（１１６）およびまた別のアダプター（１４０）（前記は真空導管を真空供給源と結合する際に使用される）と前記成分を結合する場合に使用される。バルーンおよび残りのカニューレを適切な位置に置いたまま種々の位置（術野の外を含む）に真空導管（１１０）の遠位部を移動させることができるように、前記真空導管（１１０）の遠位部はカフ（１４２）でカニューレ内のその位置から分離される。
【００３６】
図１０ａおよび１０ｂは、それぞれ非差し伸ばし位置および差し伸ばし位置のバルーンを含むカニューレの基部端を示している。前記カニューレの基部端は、バルーンを導入し適切な位置に配置する過程で天然の組織との前記基部端の配置および／または結合を可能にする適切な態様（ここでは縦溝付き部分１４２）で提供される。縦溝付き部分は最初圧縮した状態（図１０ａ）で提供され、さらにその中のバルーンを差し伸ばすことによって拡張される。図１１から図１４は、全椎間円板修復で使用される種々の終板デザインの使用側面図を示し、これらについては非常に詳細に本明細書で考察する。
【００３７】
本発明のシステムは、人工の椎間円板全体または椎間円板髄核を元位置で形成する装置を含む。本発明の装置は、１つまたは２つ以上の膨張させることができるバルーン（本明細書では時に“成形物”または“成形腔”とも称される）を含み、前記バルーンは、外側組織接触面および内側面によって形成された内腔を提供できるように適合されてあり、さらに、硬化することができるバイオマテリアルを受容することができるように適合されている。
【００３８】
本発明の成形腔（例えば図１のバルーン）は任意の適切な手段によって形成できる。ある実施態様では、前記バルーンは、適切な形状を有する心棒を硬化性ポリマー溶液に浸漬被覆することによって製造される。出願人らは、この目的に理想的に適合する心棒は、再成形が可能なビスマスをベースにした材料から製造できることを見出した。適切な材料の例には低溶融点をもつ融合性材料、例えばビスマス合金（多数の供給元から市販されている）が含まれる。
【００３９】
好ましい心棒を図３および４を参照しながら説明する。図３は、新規に形成されたバルーン（３４）に覆われ、さらに「つかみ」（３６）で保持されている心棒（３２）を示している。堅牢な心棒（３２）を用いて、本明細書で述べるように適切な溶液（表示されていない）中で前記心棒を浸漬被覆することによってバルーンを形成する。いったん成形したら、バルーンと心棒の合体物を水に浸漬してバルーンから心棒を除去するために、前記心棒を約１２０℃で約５から１５分間溶融することができる。心棒が液化するにつれ、心棒はバルーンから流れ落ちおよび／または搾り出され、再使用のために再編成することができる。図４は、前記の工程で形成し心棒を除去した後で得られたバルーン３４を示している。提示した好ましい実施態様では、バルーンは、図１に示す導管のための結合部位を提供する不可欠の幹部分（３８）を保持する。
【００４０】
好ましいバルーンは伸張性および強度のような特性が最適に組み合わされたものを提供する。典型的には非伸張性（ｎｏｎ−ｅｘｔｅｎｄｉｂｌｅ）または低伸張性（場合によって実質的に非変形性）材料、例えばポリエチレンおよびポリエステルがより良好な強度を有するであろう。高い強度を有する非変形性バルーンは、高い注入圧に耐えることができ、さらにバルーンの膨張時に線維輪上であまりに高い圧をかけることなく予め定めたその容積および形状を維持することができるという利点を有する。これに関して、実質的に非変形性であるが強いバルーンを用いて、さらにバイオマテリアルの輸注圧によって椎間円板腔を伸延させることができる。非変形性バルーンを用いる欠点の１つには、円板腔のサイズおよび形状によって得られるバルーンのサイズおよび形状の確証が潜在的に貧弱であるということが含まれる。
【００４１】
また別に、さらに好ましくは、顕著な伸張性を有する（場合によって変形性が高い）素材もまたバルーン材に適している。バルーン材中にまたはバルーン材として弾性素材を使用する利点には、充填バルーンと椎間円板腔のより良好な適合性、したがって線維輪に対するより良好な応力分布が含まれる。本発明のバルーンを製造するために使用される変形性素材の例には、例えばブロックコポリマー、例えば成形可能な熱可塑性ポリウレタン（例えば以下の商標名で入手できるもの：ＣＡＲＢＯＴＨＡＮＥ（Ｔｈｅｒｍｅｄｉｃｓ）； ＥＳＴＡＮＥ（Ｇｏｏｄｒｉｃｈ）； ＰＥＬＬＥＴＨＡＮＥ（Ｄｏｗ）； ＴＥＸＩＮ（Ｂａｙｅｒ）； Ｒｏｙｌａｒ（Ｕｎｉｒｏｙａｌ）； ＥＬＡＳＴＯＴＨＡＮＥ（Ｔｈｉｏｃｏｌ））の他に成形可能な鎖状ポリウレタンウレア（例えば以下の商標名で得られるもの：ＣＨＲＯＮＯＦＬＥＸ ＡＲ（Ｃａｒｄｉｏｔｅｃｈ）； ＢＩＯＮＡＴＥ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ）； ＢＩＯＭＥＲ（Ｔｈｏｒａｔｅｃ））が含まれる。
【００４２】
好ましい変形性ポリマーは以下のような特性の最適な組合せを提供する：静的および動的条件下での可撓性、引張強さ、延伸率、引張りのモジュラス、延性、安定性および耐性、コンプライアンス（変形性若しくは進展性を有すること）、多孔性、気孔率およびパテンシー。例えば以下の文献を参照されたい：Ｍ． Ｓｚｙｃｈｅｒ， Ｊ． Ｂｉｏｍａｔｅｒ． Ａｐｐｌ． “Ｂｉｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ： ａ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｒｅｖｉｅｗ”， ３（２）：２９７−４０２（１９８８）； Ａ． Ｃｏｕｔｙ ｅｔ ａｌ．， “Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ ｉｎ ｍｅｄｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ｊ． Ｂｉｏｍａｔｅｒ． Ａｐｐｌ． ３（２）：１３０−１７９（１９８８）； Ｍ． Ｐａｖｌｏｖａ ｅｔ ａｌ．， “Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ａｎｄ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ”， Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ １４（１３）：１０２４−１０２９（１９９３）（これらの文献は参照により本明細書に含まれる）。
【００４３】
ある好ましい実施態様では、バルーンは別々の領域で伸縮特性および非伸縮特性の両方を提供する。前記のようなデザインの１つでは、前記物質の側壁は非変形性（または輸注圧よりも顕著に高いコンプライアンス値を有し、その結果前記物質は実質的に伸びない）であり、上部および下部壁は変形性（または輸注圧よりも顕著に低いコンプライアンス値を有する）である。このデザインの場合、ポリマー輸注時および伸延時は、伸延力は、周囲の線維輪に高い拡張力を生じることなく本質的に垂直方向に働く。前記のデザインは、特に以前に損傷を受けた線維輪をもつ患者で有用である。
【００４４】
このような説明が提供されるならば、当業者は、本発明のバルーンおよび同様な成形物を形成するために一般的な方法（例えばカスチング）を利用することができるであろう。例えば以下を参照されたい：”Ｃａｓｔｉｎｇ”， ｐｐ．１０９−１１０， ｉｎ Ｃｏｎｃｉｓｅ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｋｒｏｓｃｈｗｉｔｚ， ｅｄ．， Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ （１９９０）。バルーンは成形により所望される任意の最終の厚さ、好ましくは０．０１ｃｍ（０．００５インチ）から約０．０５ｃｍ（０．０１５インチ）のオーダーの厚さ、好ましくは約０．０２ｃｍ（０．００８インチ）から約０．０３ｃｍ（０．０１２インチ）のオーダーの厚さを達成できる。バルーン自体は、例えば適切な溶媒を使用して好ましくは清浄にされる。
【００４５】
場合によって、補強材（例えば天然または合成材で形成されたメッシュ）を、例えばまだ湿っている間に種々の部分にメッシュを重ね、さらに前記メッシュをその後の浸漬被覆により覆うことによってバルーンに取り込ませてもよい。メッシュは、例えばバルーンの充填および腔の伸延時に追加強度を提供するために、バルーンの周囲に十分に広がるように交差させることができる。メッシュの製造に適した材料には、ポリアミド（例えばＮＹＬＯＮ）、ポリエステル（例えば商標名ＤＡＣＲＯＮおよびＨＹＴＲＥＬ）、ポリエチレンおよびポリプロピレンの他に、液状結晶ポリマー（商標名ＶＥＣＴＲＡで入手できる）が含まれる。
【００４６】
場合によって、バルーンは、その内側および／または外側表面で、および／または前記表面を形成する層内で別個の特性を提供することができる。例えば、ある実施態様では、バルーン材は、その表面のいくらかまたは全体が半透過性で、例えば、気孔率が約１μｍから約１００μｍ（平均孔径）、もっとも好ましくは約１０μｍから約５０μｍの範囲である。気孔率は、バルーンから種々の細胞、増殖因子、栄養物および代謝副産物の所望の程度の拡散を可能にし、しかも元位置で硬化することができる物質それ自体の通過は実質的に妨げる態様で調節することができる。
【００４７】
成形装置の種々の成分は、当業者に公知の技術を用いて製造し組み立てることができる。例えば、バルーン、導管、空気道は個々に製造し、組み立ては、前記導管の末端とバルーンを結合させ（例えば接着剤処理または超音波溶接による）、空気道を前記導管内または導管の側面に沿って配置し、さらにバルーン内に差し伸ばすことによって実施する。その後、鞘を前記導管に適用し、折り畳まれたまたは巻き上げた構造のバルーンの上を滑らせる。他の物質または手段、例えば放射能非透過性部分を前記装置に取り込ませて、外科医がバルーンの向きを元位置で容易に設定できるようにしてもよい。さらにまた、装置の部分間の種々の接合部および継ぎ目は適切な接着剤または他の物質を用いて閉じることができる。
【００４８】
好ましい実施態様では、本発明の装置は、バルーン成分の形状を有する成形装置を含む。前記バルーン成分は、硬化性バイオマテリアルを受容するために外側組織接触面および内腔（内側面によって形成される）の両方を提供する。前記バルーンは、好ましくは、例えば加圧下でガスを輸注することによって、および／または液状物質を輸注することによって（例えば不活性ガスまたは液体）、またはバイオマテリアルそれ自体によって膨張および拡張させることができる。
【００４９】
特に好ましい実施態様では、本装置の膨張させることができるバルーン成分は、本明細書で述べるように破裂に強い種々の材料から製造することができ、バルーン内で生じる液圧に反応し、さらに装置に適用される流動性の未硬化バイオマテリアルに反応して膨張できるように適合させることができる。バルーンは、一層（拡張性または非拡張性）の材料または別の選択肢として２層もしくは３層以上（同じまたは異なるレベルの拡張性を有する）の材料で構成することができる。バルーンの形状、サイズ、厚さおよび容積は、バイオマテリアルを充填したとき、摘出椎間円板の内部幾何学構造またはバルーンがその中に配置される核腔の内部構造および個々の患者の要請したがって選択される。典型的には、充填されたとき、バルーンは半扁平の卵形構造を有し、バルーンの長さおよび幅はその高さよりも大きく、さらに長さは幅よりも大きい。
【００５０】
バルーン材は、全体的または部分的に非生物分解性または生物分解性のいずれでもよい。非生物分解性バルーン材は、適切な生物安定性および耐磨耗性を有することが要求される。生物分解性バルーン（生物分解性領域または部分を有するバルーンを含む）を使用することを選択する場合、バルーン材料は十分な出発強度を有し、生物分解副生成物に対して顕著な問題を生じる組織反応を惹起するべきではない。
【００５１】
特に好ましい非生物分解性バルーン材には、ポリマー材、例えば脂肪族または芳香族ポリカーボネート系および非ポリカーボネート系ポリウレタンが含まれるが、ただしこれらに限定されない。好ましいポリウレタンは、脂肪族ポリカーボネート系ポリウレタン、例えばＣａｒｂｏｔｈａｎｅ（登録商標）（Ｔｈｅｒｍｅｄｉｃａ（Ｗｏｂｕｒｎ， ＭＡ）から入手可能）、および芳香族ポリカーボネート系ポリウレタン、例えばＣｈｒｏｎｏｆｌｅｘ（登録商標）（ＣＴ Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｗｏｂｕｒｎ， ＭＡ）から入手可能）である。さらにまた有用なものは、ポリエチレン系ポリウレタン、例えばＰｅｌｅｔｈａｎｅ（登録商標）（Ｄｏｗ Ｐｌａｓｔｉｃｓ， Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ， ＵＳＡから入手可能）である。バルーン材の生物安定性を強化するために、軟質セグメント中にシリコーン（例えばポリジメチルシロキサン（ＰＳＸ））を含むポリウレタンを用いてもよい。前記シリコーン含有ポリウレタンの例は、商標名プルシル（Ｐｕｒｓｉｌ（登録商標））（ポリエーテル系）およびカルボシル（Ｃａｒｂｏｓｉｌ（登録商標））（ポリカーボネート系）として入手でき、さらにＰｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ， ＣＡ）から入手できる。さらに別の実施態様では、バルーン材は２つまたは３つ以上の異なるポリカーボネート系ポリウレタン、２つまたは３つ以上の異なるポリエーテル系ポリウレタンおよびそれらの混合物を含むことができる。
【００５２】
好ましい分解性バルーン材には、生物分解性ポリウレタン、ポリ酢酸、ポリグリコール酸、ポリ酢酸ポリグリコール酸重合物、ポリプロピレンフマレート、ポリホスファゼン、Ｎ−ビニルピロリドンおよびそれらの組合せが含まれるが、ただしこれらに限定されない。
【００５３】
拡張させることができるバルーンが２層または３層以上を含むときは、異なる物理的および機能的特性を有するポリマー材を各層に用いることができる。内層は発熱（熱）耐性および／または破裂耐性特性が（外層と比較して）改善されたポリマー材で形成され、外層は物理的損傷および／または穿孔力に対する抵抗性が（内層と比較して）改善されたポリマー材で形成された組合せが好ましい。より具体的には、バルーンの内層は好ましくは、（硬化中のバイオマテリアルの発熱による有害な影響なしに耐えるために十分な）耐熱性、引張強さ、非伸長および耐破裂性のような特性の最適な組合せを示し、場合によってバルーンの外層と比較して一般的により堅いであろう。場合に応じて、バルーンの外層は、好ましくは、穿孔耐性および物理的接触による損傷に対するより強い耐性というような最適な特性の組合せを示し、内層と比較して一般により柔らかくより変形性を有するであろう。
【００５４】
または場合によって、バルーンの種々の素材および／または部分（例えば内側面または外側面）は、別の所望の作用（例えば疎水性、親水性、バルーン／バイオマテリアルの粘着または結合、潤滑性、組織の内方増殖および生体適合性）を提供する物質で処理することができる。前記素材を被覆するために有用な方法および組成物は入手可能で、本明細書の記載によって当業者には明瞭となろう。
【００５５】
適切な組成物および層の組合せの一例は、以下ような層を含む二層バルーンである：内層は発熱に対して耐熱性で脂肪族ポリカーボネート系ポリウレタン（例えばＣａｒｂｏｔｈａｎｅ５５Ｄ）で形成され、外層は耐穿孔性で７０％Ｃｈｒｏｎｏｆｌｅｘおよび３０％Ｃａｒｂｏｔｈａｎｅの混合物で形成される。
【００５６】
また別の実施態様では、バルーンには適切な組織インターフェース素材が提供される。例えばバルーンのいくらかまたは全体は、多孔質の拡張可能なエンベロープ（例えばピロー）中に包むことができる。この類のエンベロープはいくつかの役割を果たすことができる。例えば、前記は、髄核インプラントと椎間円板組織との間のインターフェース層として機能するか、および／または組織の内方増殖を促進する。この類のピローの一例は図１５に示されている。図１５は、図９の二管腔カテーテル、真空チューブおよび折り畳まれたバルーンを、ポリ（ビニルアルコール）または他の適切なヒドロゲル材で製造されたバルーンインターフェース物質（１９０）と一緒に含む本発明のシステムを示している。前記インターフェースは、椎間円板腔内の適切な位置に配置できるように、さらに折り畳まれたバルーンを適切に配置しそれを充填させるために十分な隙間（１９２）を提供できるように適合されている。前記インターフェース物質は、場合によって種々の化学物質および／または折り畳まれていないバルーンの物理的特性と同じまたは異なる特性（強度、組織適合性、当化性および耐水性のような特性の最適な組合せを含む）を提供するために用いることができる。
【００５７】
特に好ましい実施態様では、前記インターフェース物質は、機械的負荷のより良好な分布、インプラントと終板との間のせん断力の減少、および／またはポリマー硬化ステージ中の熱の曝露から周囲組織の保護のような追加目的または別の目的のために機能する。この外層への組織の内方増殖は、椎間円板腔内における髄核インプラントの一体化および安定性に役立つことができる。例えば多孔性の拡張可能なピローの形状を有するインターフェース物質は、バルーンの外側表面に化学的に結合させても、および／またはバルーンの外側表面を物理的に包むために用いてもよい。多孔性の拡張可能なピローとして使用される好ましい物質には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）およびポリアクリルアミド（ＰＡＡ）、ＨＹＰＡＮを含む（ただしこれらに限定されない）ヒドロゲルが含まれる。
【００５８】
バルーン壁の厚さは、使用される素材にしたがって変動するであろう。二重層バルーンが用いられるときは、外層の二重壁の厚さは、約０．０７６ｍｍ（約０．００３インチ）から約０．３８ｍｍ（約０．０１５インチ）であろう。同様に、内層の二重壁の厚さは、約０．０７６ｍｍ（約０．００３インチ）から約０．３８ｍｍ（約０．０１５インチ）の範囲であろう。どのような内層および外層の厚さの組合せが用いられようとも、結合させた単一壁の厚さが、約０．１５ｍｍ（約０．００６インチ）から約０．７６ｍｍ（約０．０３インチ）であるのが好ましい。
【００５９】
本発明の記載によって、当業者は、患者の条件に応じて移植およびプロテーゼの結果を最適にするために種々のポリマー、重層構造およびバルーンの厚さ（それらの組合せを含む）を選択できよう。バルーン材の特性は、下記のａ）およびｂ）に関して種々の作用をもたらす一定のポリマーおよびポリマー製剤を選択することによって改変できる：ａ）分子の方向性（これはポリマー鎖がもっぱら１つまたは２つ以上の向きに並ぶ過程を指し、分子の方向性はバルーン材の強度を高めコンプライアンスに有益な影響を与えることができる）および／またはｂ）結晶化度（これは、分子の向きを適所に固定するために役立つ結晶の形成過程を指し、結晶化度の程度および／または結晶形態はポリマー材に強度、コンプライアンス、強靭さ／引き裂き耐性に有益な作用を有することができる）。
【００６０】
より変形性を有するバルーンの場合、本発明の特に好ましいバルーンは、物質のコンプライアンスのための標準的な検査方法（例えば圧力が０から１．３Ｍｐａ（０−２００ｐｓｉ）で温度が３７℃の条件下で実施される血管製造工業で使用されるような検査）によって測定したとき、約１．８４ｍｍ／Ｍｐａ（０．０００５インチ／ｐｓｉ）から約１８４ｍｍ／Ｍｐａ（０．０５インチ／ｐｓｉ）のコンプライアンス、より好ましくは約３．７ｍｍ／Ｍｐａ（０．００１インチ／ｐｓｉ）から約３６．８ｍｍ／Ｍｐａ（０．０１インチ／ｐｓｉ）のコンプライアンスを示す。前記のようなバルーンは、典型的には緊張破裂試験（同様に血管製造工業で用いられるもの）で約１．２４Ｍｐａ（１８０ｐｓｉ）の最少破裂圧を達成することができる。さらに、前記のような好ましいバルーン材は、ＡＳＴＭ検査法Ｄ４１２を用いて測定したとき、典型的には約３４．５Ｍｐａ（５０００ｐｓｉ）、より好ましくは約４８．３Ｍｐａ（７０００ｐｓｉ）またはそれ以上の最少引張り強さを有する。前記のようなバルーンはまた好ましくは、ＡＳＴＭ検査法Ｄ４１２を用いて測定したとき、好ましくは約１００％、より好ましくは約３００％またはそれ以上の延伸率を示す。
【００６１】
バルーン材のデュロメーター（ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ）は、ＡＳＴＭ検査法Ｄ２２４０を用いて測定したとき、８０ショアＡから８０ショアＤの範囲、より好ましくは５５ショアＤから７２ショアＤの範囲であるべきである。バルーン材の抗折モジュラス（ｆｌｅｘｕｒａｌ ｍｏｄｕｌｕｓ）は、ＡＳＴＭ検査法Ｄ７９０を用いて測定したとき、好ましくは約２０．７Ｍｐａ（３０００ｐｓｉ）から約１７２４Ｍｐａ（２５００００ｐｓｉ）の範囲、より好ましくは１４０Ｍｐａ（２００００ｐｓｉ）から１０３４Ｍｐａ（１５００００ｐｓｉ）の範囲であるべきである。
【００６２】
製造者および／または外科医の所望にしたがって、バルーンおよびバイオマテリアルは、所望の物理的および／または化学的関係（硬化中のポリマーとバルーン間での共有結合形成を含む）を与えるために提供することができる。この目的（または他の目的）を達成するために、バルーンは所望の内側面および／または外側面の特性を提供するように適合させることができる。外側面および内側面（同一層または別の層の）は一定の所望される特性を有するようにデザインまたは改変することができる。例えば、外側面は、組織の内方増殖を可能にするかまたは促進するために、インプラントをホスト組織に一体化させるためにデザインまたは改変することができる。内側面は、ポリマー−バルーン結合を強化するためにデザインまたは改変することができる。表面改変の例は、ケミカルグラフティング共重合およびプラズマ誘発グラフト共重合である。
【００６３】
現在のところ好ましいバルーン成分は、当分野で利用可能な通常の技術を用いて製造できる。一般的には、心棒をポリマー溶液に浸漬被覆し、乾燥させ硬化させて完成されたバルーンを形成する。多層バルーン成分の製造プロセスはより複雑な技術を必要とする。二層バルーン成分の製造方法の１つは、例えば、一般的には内層および外層を個々に製造し、続いて前記２つの層を一緒に結合させ、さらに装置のカニューレ部分にバルーンを結合させることを含む。
【００６４】
複合バルーンの内層は、熱可塑性ポリマー（すなわち繰り返し加熱し溶融することができるポリマーまたはポリマー製剤）を用いて形成できる。パリソン（すなわち、吹込み成形用チューブ）を所望の寸法に押し出し続いて加熱することができる。パリソンは、閉じ込め（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ）ブローイングプロセスのための鋳型の中で加熱してもよいし、また型を用いずにフリーブローイングプロセスのために加熱してもよい。続いて圧を（典型的に液体またはガスを用いて）加熱チューブ内に適用し、選択した鋳型の寸法および形状を有する形態に（また別には所望のフリーブローによる差し渡しまで）パリソンを拡張させる。バルーンの形状および壁の厚さは、出発のパリソンの寸法およびバルーンの最終吹込み径／形状を選択することによって制御できる。
【００６５】
外層は、熱可塑性ポリマーもしくはポリマー製剤またはサーモセットポリマー（すなわち、１回だけ溶融または流動性にできる物質）を用いて形成できる。バルーンの外層は、浸漬被覆工程また別には吹込み成形によって形成できる。
【００６６】
浸漬被覆の場合は、所望の構造（例えば寸法および形状）の心棒が選択される。続いて心棒を、成形プロセスのために所望のポリマー成分構成および粘度を有するポリマー溶液に静置または浸漬する。心棒をポリマー溶液から引き出し、ポリマーで被覆された心棒を乾燥および硬化工程に付す。前記乾燥および硬化工程は典型的には浸漬被覆機を用いて実施される。前記浸漬被覆機は、ａ）心棒保持装置、ｂ）心棒の被覆が完全で均一であることを担保するためにポリマー被覆心棒を回転させるための電子制御モータードライブ、ｃ）熱源（前記は典型的には乾燥銃、ヒートランプなどの形態を有する）を含む。前記心棒を再び溶液に浸漬しさらに再度乾燥および硬化させる。浸漬および乾燥／硬化工程は、所望のバルーン壁の厚さおよび形状が得られるまで必要な回数繰り返される。最後の浸漬および硬化の後で、最終的に硬化させたポリマー被覆心棒をオーブンまたは他の適切な熱源に置き、溶媒を含まない完全に硬化したバルーンを得る。
【００６７】
場合によって、次の工程で、内側のバルーンのシャフトを、同じ素材で構成された第二のより小さい径のシャフトにネッキング装置を用いてネッキングさせることができる。典型的には、ネッキング装置は熱源、徐々に小さくなる穴をもつ染料液を含む（前記染料液は、シャフトを染料液から引き抜いたとき、シャフトの所望の径にしたがって選択される穴の径に応じて特定の径を生じるように漸減する）。一般的には、ネッキングは、二重の結果、すなわち径の減少およびシャフト材の伸長を含む。続いてシャフトは、所望の径を維持するために金属のスリーブ内に配置される。
【００６８】
好ましくは、続いて液体または気体圧を用いてバルーンを加圧して所望の寸法および形状を得る。前記の圧は、安定な壁の厚さ並びにバルーンおよびシャフトの所望の幾何学構造を得るために十分な時間、所望の温度および湿度の下で実施されるアニーリングプロセスまたは加熱処理の間維持される。前記のような熱安定化は、内側の吹込み成形バルーン材がその最初の成形前構造に復帰するのを防止する。前記加熱処理の後、内側のバルーンを金属チューブから取り出し、バルーンシャフトを所望の長さに切断する。続いて、前記バルーンシャフトに輸注カニューレを結合させる。結合は、例えば接着剤または熱結合技術を用いて実施することができる。次に、外側バルーンを内側バルーンの上に配置し、所望の幾何学構造にトリミングする。結合は、例えば接着剤または熱結合技術を用いて実施することができる。例えば接着剤を用いたときは、接着剤を層の間に置き、外側バルーンは内側バルーンの上に置き、空気を層の間から排除し、接着剤を硬化させて２つの層を粘着させる。
【００６９】
また別には、外側層を内側層に熱結合技術を用いて結合させてもよい。例えば、外側バルーンを内側バルーン上に配置し、前記合体させた組み立て物を鋳型に入れることができる。続いて、層の間の結合を達成するために適切な温度、圧および時間のパラメーターを用いて層を結合させる。
【００７０】
他の種々のバルーン成形技術を同様に用いて、本発明の装置のための多層バルーンを形成することができる。例えば、同時押出し、吹込み成形、および同時吹込み技術を用いてもよい。
【００７１】
同時押出し技術（例えば米国特許第５，７６９，８１７号、第５，７９７，８７７号および第５，６２０，６４９号に記載されたようなもの）を同様に用いることができる（前記文献は参照により本明細書に含まれる）。前記の技術では、パリソンは典型的には、溶融押出しプロセスの結果として所望の内側層が所望の外側層に収容される。前記２つの層は押出しプロセスの結果として一緒に溶融結合される。前記同時押出しパリソンは、閉じ込め吹込み成形（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｌｏｗ−ｍｏｌｄｉｎｇ）技術またはフリーブローイング技術のいずれかを用いて吹込み成形することができる。
【００７２】
吹込み成形技術（例えば国際特許出願第ＷＯ００２６１３Ａ１号および米国特許第５，４４７，４９７号に記載されたようなもの）もまた用いることができる。同時吹込み技術には米国特許第５，５８７，１２５号に記載されたものが含まれ、この場合、所望の内側層材料で構成されたパリソンが先ず形成され、続いて所望の外側バルーン材をもつ第二のパリソンが押出される。外側パリソンは内側パリソン上に置かれ、適切な温度、時間、および鋳型内の圧を用いて最終的な層をもつバルーンが所望の構造で製造される。
【００７３】
バルーンのデザインもまた種々の形態が可能である。ある実施態様では、バルーンにはただ１つの区画が図１に示した態様で提供される。また別の実施態様では、バルーンは、図４ａに示したように２つまたは３つ以上の区画を有する。前記は、図４の外側バルーン（３４）およびステップ（３８）を内側バルーンの区画（３７）と合わせて含む。２つまたは３つ以上の区画のアレンジメントは任意の適切な関係、例えば内側および外側、後方および前方、上部および下部、並びにその組合せの関係を有することができる。例えば図４ａで示した実施態様は内側および外側アレンジメントを有する。内側バルーンは、外側区画を満たすために用いられる物質の物理的および／または機械的特性と同じまたは異なる特性を有する物質を充填することができる。例えば、現時点で好ましい実施態様では、内側区画は、外側区画を充填するために用いられる物質よりも低い圧縮モジュラスを有する物質を充填するために適合されてあり、そうすることによって得られた混成人工器官を天然の椎間円板の機械的特性によりいっそう類似させることができる。
【００７４】
本発明の装置は好ましくは、第一および第二の管腔を含み、各々は基部端および遠位端を有し、各管腔の基部（すなわち患者）端は、バルーン内腔と液体または気体で連結されているかまたは連結できるように適合されている。前記多管腔（例えば二管腔）デザインは二区画バルーンデザインのために特に重要で、それによって異なる物質を別の管腔を通して別の区画に注入することができる。本発明の装置は、好ましくはまた１つまたは２つ以上のアダプター（好ましくは液体制御バルブを含む）を含み、前記は第一の管腔に結合され、第一の管腔の基部端と流動性バイオマテリアル輸注装置との間の液流の連絡と提供を操作および制御できるように適合されている。本装置はまた、第二の管腔に結合した１つまたは２つ以上のアダプターを含み、前記はバルーン充填時のバルーン内の液圧および／または気体圧を操作または制御できるように適合されている。
【００７５】
本発明のシステムはさらに、種々のカニューレまたは管腔、例えば、第一および第二の管腔を含み、各々は基部端および遠位端を有し、各管腔の基部端は、バルーン内腔と液体または気体で連結されているかまたは連結できるように適合されている。
【００７６】
第一および第二の管腔は、任意の相対サイズ、形状または構造を有することができる。例えば、それらはバルーンの別々の部位に結合された別個のカニューレとして提供されてもよいし、または、同じカニューレ内もしくはカニューレ上に隣接管腔もしくは同軸管腔として、共通の壁のように１つまたは２つ以上の部分を共有するカニューレ内に提供されてもよい。好ましい実施態様では、前記管腔は隣接するカニューレとして提供される。
【００７７】
また別の実施態様では、バルーンの充填を最適化するために第二のカニューレは、第一のカニューレの結合部位と実質的に反対の位置でバルーンと結合され、さらに、第二のカニューレは椎間円板の開口部から挿入できるように適合されている。
【００７８】
バイオマテリアル輸注装置を連結するアダプターは液体制御バルブを含み、前記は装置から出た後の液流を制御する。好ましい実施態様では、３方向液体制御バルブが用いられ、前記バルブは、バイオマテリアル流をそのまま完全長のカニューレに誘導するか、またはバイオマテリアルの望ましくない部分（例えばその最初の部分は混合が不適切であるかまたは気泡を含んでいることがある）を排出するために、前記流れを分岐させるかもしくはわきへ再誘導することができる。
【００７９】
さらに別の実施態様では、第一のカニューレは、さらに第一のカニューレと連絡する液圧モニターの結合用アダプターを含む。カニューレおよびバルーン内部の液圧の制御手段は、第二のカニューレを通るバイオマテリアルの出口流を調節することによって制御される。カニューレを通る液流を制御可能なようにさらに可逆的に制限するために機能する任意の機構、装置または技術を用いることができる。適切な液圧制御手段の例には、クランプ、バルブ、ヘモスタット、固定ピンセットなどが含まれるが、ただしこれらに限定されない。
【００８０】
好ましい実施態様では、液圧制御機構は容易に付け外しができ、そのために椎間円板のアクセス口および開口部から第二のカニューレの挿入を妨害、抑制または緩衝しない。したがって、好ましい液圧制御手段は、装置を体内の適切な位置に配置した後、第二のカニューレに結合させることができる。また別には、バイオマテリアル輸注は、内腔容積の計算または測定を基にして予め定めたバイオマテリアルの一定量を輸注する注入容積制御手段によって制御することができる。好ましくは、１つまたは２つ以上のバイオマテリアルアダプターは液制御バルブを含み、前記バルブは、第一の管腔に結合され、第一の管腔の基部端とバイオマテリアル輸注装置との連絡を操作し制御できるように適合されている。
【００８１】
本発明の装置で使用するために適した管腔およびアダプターはポリマーであって安定で適合性を有する物質で製造されてあり、当業界で一般的な態様で、例えばバイオマテリアルおよび組織との適合性、滅菌が可能であるというような特性の最適な組み合わせを提供するために用いることができる。前記のような好ましい実施態様では、本システムは、種々の任意の特徴（バイオマテリアル輸注の適切な終了点の指示を外科医に提供できるように適合されている終了点モニターを含む）を含むことができる。例えば好ましい実施態様では、前記終了点モニターは装置の管腔（好ましくは第一の管腔）に結合させた圧モニターを含み、前記圧モニターは、バイオマテリアルの輸注によって生じる円板腔内の伸延圧を決定することによって適切な終了点を検出および／または測定する際に使用される。
【００８２】
前記終了点モニターは、輸注圧または伸延圧以外のパラメーターまたはそれらとともに他のパラメーターを基にすることができる。前記のような他のパラメーターは単独でも互いに組み合わされても有用である。前記のような終了点モニターには、例えば輸注されるバイオマテリアルの容積、達成された伸延圧の程度の視覚化（例えばＣアームまたはインターオペラティブＭＲＩによる）を基にするものなどが含まれる。
【００８３】
終了点モニターは、輸注装置とバルーンの間に操作可能なように結合させ、さらに装置の第一の管腔に、例えば管腔および／またはバルーン内の液圧を測定する際に使用する圧力モニターとして結合させることができる。適切な圧力モニターには、手術用液体系内の液圧の測定または表示に適合させた、さらに手術システムのカニューレに結合できるように適合させた任意の装置またはシステムが含まれる。適切な圧力モニター例は、圧ゲージ、電子圧力変換装置および／または力の変換装置成分の適切な組み合わせを含むものが含まれるが、ただしこれらに限定されない。前記の成分は、前記のような液体のサンプルを、特に硬化進行中に液体それ自体の特性が変化を受ける場所でシャントすることによって、離れた場所の液体の圧力を正確に且つ実質的にリアルタイムで測定できるように適合させることができる。
【００８４】
典型的には、本発明のシステムで用いられる圧力モニターは液体系に一体化、（すなわち第一または第二のカニューレに結合）される。好ましくは、圧力モニターは、第二のカニューレを通る液体路が調節されるとき、第一のカニューレでモニターされる圧がシステム内に含まれる液圧のより包括的な測定を提供できるようにバルーンより前の第一のカニューレに結合される。したがって、金型の圧力モニターを結合させることができるカニューレの部分は、カニューレにモニターの結合を可能にするアダプターを含む。
【００８５】
場合によって、または前記終了点モニターの他に、前記システムは、バイオマテリアル輸注装置とバルーンとの間でバイオマテリアルの最初の流れまたは西郷の流れをシャントする際に使用されるアダプターを含むことができる。そのようなアダプターは、例えばバイオマテリアルの最初の部分をシャントするために、および／または輸注装置からバルーンへのバイオマテリアルの流れを終了させるために装置の第一の管腔に結合させることができる。
【００８６】
適切なシャント手段には、手術用カニューレを用いて液路と結合させるために適合され、さらにカニューレを通って流れる液体の制御可能な分岐のために適合された任意の装置が含まれる。シャント手段の例には、貯留槽、３方向バルブ系などが含まれるが、ただしこれらに限定されない。好ましくは、シャント手段は、混合された硬化することができるバイオマテリアルの最初の部分が装置から前進し続けるのを一時的に妨げることができるようにバイオマテリアル輸注装置の基部に配置される。
【００８７】
本発明のシステムは、場合によって、本明細書に記載したタイプの１つまたは２つ以上の装置を以下と組み合わせて含む：
ａ）１つまたは２つ以上のバイオマテリアル源、前記バイオマテリアル源の少なくとも１つは、椎間円板腔内で元位置で硬化させるために、混合され装置のバルーン部分に輸注することができるように適合された複数の部分を含む；および
ｂ）１つまたは２つ以上の対応するバイオマテリアル輸注装置、その各々は複数のバイオマテリアル部分を混合し、硬化中のバイオマテリアルを装置のバルーン部分に輸注することができるように適合されている。
【００８８】
本発明はまた、本発明のシステムを収納し、さらにバイオマテリアル源およびバイオマテリアル輸注装置を含むキットを含む。本キットはさらに、カニューレ挿入誘導ワイヤ、侵襲性が最小限のカニューレ切断装置（例えば同軸切断装置）、および椎間円板組織修復を促進する装置（例えば、出願人の米国特許出願第０９／０８６，８４８号（この文献は参照により本明細書に含まれる）によって開示された線維輪詰物）を含むことができる。
【００８９】
生物学的な割れ目を元位置で閉じるために使用される好ましい線維輪詰物装置は、典型的には多孔性で拡張可能な物質を含む装置を含み、前記装置は、前記生物学的な割れ目内にこれを閉じることができるように配置され、さらに装置中への組織の内方増殖を可能にするように適合されている。前記物質は、前記割れ目に輸注され、さらに侵襲性がもっとも少ない技術を用いて前記割れ目の容積に一致してその中に配置できるように適合されている。さらに前記多孔性物質は、天然の線維組織を前記孔のいくつかまたは全ての中に内方増殖させることによって、長時間にわたって永久的に固定されるように適合されている。内方増殖は生物学的に活性を有する物質を取り込ませることによって促進させることができる。前記のような装置は拡張可能で、その結果、いったん配置されたら、割れ目内に前記拡張可能な装置を先ず固定させるために前記物質を膨潤させることができる。現在のところ好ましい物質の例はポリ（ビニルアルコール）で、前記は、円筒状プラグ、管状形および細長い湾曲形から成る群から選択される構造の線維輪詰物を提供するために用いることができる。
【００９０】
さらに別の実施態様では、前記物質は様々な化学的および／または物理的特性を有する領域を含むことができる。例えば、この場合前記領域は内部部分および外部部分の形態で提供され、ここで外部部分は半硬質物質の形態で提供され、機械的支持を提供するために用いられる。前記のような実施態様では、どちらかの部分または両方の部分は、前記装置の外部画像化を可能にする物質、例えばＭＲＩまたはＸ線による画像化に適した放射能非透過性物質を含む。別の好ましい実施態様では、前記詰物物質は、生物学的に活性を有する物質を含むことができ、これらは、増殖因子、血管形成因子および免疫系抑制因子から成る群から選択され、例えば線維芽細胞増殖因子を含む増殖因子である。
【００９１】
別の特徴では、本発明は、複数の部分を含む硬化可能なポリウレタン組成物の形態のバイオマテリアルを提供する。前記部分は、無菌的な処理加工が可能か、または滅菌、安定保存され、使用時に混合して流動性組成物を提供し硬化を開始させることができる。前記部分は、（１）１つまたは２つ以上のポリオール、および１つまたは２つ以上のジイソシアネート、場合によって疎水性添加物の反応生成物を含む準プレポリマー成分、および（２）１つまたは２つ以上のポリオール、１つまたは２つ以上のチェーン増量剤（ポリマー伸長剤；ｃｈａｉｎ ｅｘｔｅｎｄｅｒ）、１つまたは２つ以上の触媒、および場合によって他の成分（例えば抗酸化剤、疎水性添加物および染料）を含む。混合時に、前記組成物は身体に輸注できるように十分に流動性で、生理学的条件下で完全に硬化する。好ましくは、前記成分部分はそれ自体流動性であるか、またはそれらの混合および使用を容易にするために流動性にすることができる。
【００９２】
本明細書に記載した装置はそれ自身の正確さにおいて新規であると考えられ、任意の適切な硬化性バイオマテリアルとともに用いることができる。特に好ましい実施態様では、本装置は、複数の部分を含む硬化性ポリウレタン組成物と一緒に用いられる。前記複数の部分は、無菌的な処理加工が可能か、または滅菌、安定保存され、使用時に混合して流動性組成物を提供し硬化を開始させることができる。
【００９３】
本発明で用いられるバイオマテリアルは、好ましくはポリウレタンプレポリマー成分を含み、これは元位置で反応して固形のポリウレタン（“ＰＵ”）を形成する。前記形成された場合に応じて硬質および軟質セグメントの両方を含む。前記硬質セグメントは典型的には、ジイソシアネートおよびチェーン増量剤から形成されるより硬いオリゴウレタンユニットで構成され、一方、軟質セグメントは典型的にはより可撓性のポリオールユニットで構成される。これら２つのタイプのセグメントは、互いに不適合の傾向を有するので、それらセグメントは一般に相分離し、硬質および軟質セグメントドメインを形成する。当業者は、本発明の開示により、形成されるポリウレタン中の硬質および軟質セグメントの相対量が、相分離の程度同様にポリマーの最終的な物理的および機械的特性に対して重大な影響を有する態様を理解しえよう。場合に応じて、当業者は、前記のようなポリマー組成物に操作を施して、本発明の所望の特性を有する硬化済みおよび硬化ポリマーを製造することができる態様を理解しえよう。本発明の好ましい実施態様では、例えば形成されたＰＵ中の硬質セグメントは、形成ＰＵの総組成物を基準にして約２０から約７０重量％、より好ましくは約３０から約５０重量％の範囲であり、軟質セグメントは約３０から約８０重量％、より好ましくは約５０から約７０重量％の範囲である。
【００９４】
前記ポリマーの硬質セグメントは、ジイソシアネートまたは多官能性イソシアネートおよびチェーン増量剤との反応によって生成することができる。本発明の硬質セグメントの製造に適したイソシアネートのいくつかの例には、芳香族ジイソシアネートおよびそれらのポリマー形もしくは異性体混合物またはそれらの組合せが含まれ、例えばトルエンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、フェにレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、およびジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）並びに当分野で公知の他の芳香族ポリイソシアネートである。本発明の硬質セグメントの製造に適した他の適切なポリイソシアネートの例には、脂肪族および環式脂肪族イソシアネートおよびそれらのポリマーもしくは混合物またはそれらの組合せが含まれ、例えばシクロヘキサンジイソシアネート、シクロヘキシル−ビスメチレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネートおよびヘキサメチレンジイソシアネートおよび他の脂肪族ポリイソシアネートである。芳香族および脂肪族またはアリールアルキルジイソシアネートの組合せもまた用いることができる。
【００９５】
前記イソシアネート成分は任意の適切な形態（それらの例には、２，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび前記の異性体の混合物または組合せが含まれる）で、場合によって少量の２，２´−ジフェニルメタンジイソシアネート（典型的な市販のジフェニルメタンジイソシアネート）とともに提供してもよい。他の例には芳香族ポリイソシアネートおよびそれらの混合物または組合せが含まれる。前記は例えば、アニリンとホルムアルデヒドの縮合生成物のホスゲン添加から誘導される。揮発性が高い物質（例えばトルエンジイソシアネート）よりも揮発性が低いイソシアネート（例えばジフェニルメタンジイソシアネート）を使用するのが適切である。特に適切なイソシアネート成分は、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート（“ＭＤＩ”）である。また別に、それは、ＭＤＩの２，２´−、２，４´−および４，４´−異性体の組合せとして液状形で提供してもよい。好ましい実施態様では、前記イソシアネートはＭＤＩであり、より好ましくは４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネートで、形成されたＰＵの総組成物重量の約２０％から約５０％、より好ましくは約２５％から約４５％の範囲で存在する。
【００９６】
本発明の硬質セグメントを製造するためのチェーン増量剤のいくつかの例には、単鎖ジオールまたはトリオールおよびそれらの混合物または組合せが含まれるが、ただしそれらに限定されない。前記は、例えば１，４−ブタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，３−プロパン−ジオールエチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、シクロヘキサンジメタノール、トリエタノールアミンおよびメチルジエタノールアミンである。本発明の硬質セグメントを製造するためのチェーン増量剤の他の例には、単鎖ジアミンおよびそれらの混合物または組合せが含まれるが、ただしこれらに限定されない。前記は例えばトルエンジアミン、シクロヘキシルジアミン、および当分野で公知の他の単鎖ジアミンである。好ましい実施態様では、前記チェーン増量剤は１，４−ブタンジオールであり、形成されたＰＵの総組成物重量の約０％から約２０％、より好ましくは約５％から約１５％の範囲で存在する。
【００９７】
軟質セグメントは、末端がウレタンのポリオール成分から成り、前記は、ポリイソシアネートまたはジイソシアネートまたは重合ジイソシアネートとポリオールとの反応によって形成される。適切なジイソシアネートの例は上記に述べられている。本発明の軟質セグメントを製造するためのポリオールのいくつかの例には、アルキレンオキシド（例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシドおよびそれらの混合物）の縮合から誘導されるポリアルキレンオキシドエーテルだけでなく、テトタヒドロフラン系ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリカプロラクトンジオール、ポリカーボネートジオールおよびポリエステルジオール並びにそれらの組合せが含まれるが、ただしこれらに限定されない。好ましい実施態様では、前記ポリオールはポリテトラヒドロフランポリオール（“ＰＴＨＦ”）（ポリテトラメチレンオキシド（“ＰＴＭＯ”）としても知られている）またはポリテトラメチレンエーテルグリコール（“ＰＴＭＥＧ”）で、形成された総ウレタン組成物重量の約３０％から約９０％の範囲で存在する。更により好ましくは、２５０、６５０、１０００、１８００、２０００および２９００から成る市販の群から選択される異なる分子量を有する２つまたは３つ以上のＰＴＭＯジオールが、形成された総ウレタン組成物重量の約５０％から約８０％の範囲で使用される。
【００９８】
異なる分子量の２つまたは３つ以上のＰＴＭＯジオールを混合物、または別々に２部分系の別個の部分としてそれぞれ別個の態様で用いてもよい。ＰＴＭＯジオールの固化温度は一般にそれらの分子量に比例する。ＰＴＭＯジオールと１、４−ブタンジオールのようなチェーン増量剤との適合性はジオールの分子量と一般に逆比例する。したがって、低分子量ＰＴＭＯジオールの“硬化剤”（パートＢ）成分中への取り込み、およびプレポリマー（パートＡ）成分中への高分子量ＰＴＭＯジオールの取り込みによって、比較的低温で用いることができる２部分系が提供される。場合に応じて、低分子量ＰＴＭＯジオールの１，４−ブタンジオールのようなチェーン増量剤との良好な適合性は、より高い容積比（プレポリマー対硬化剤）をもつ２部分系の製造を可能にする。末端がアミンのポリエーテルおよび／またはポリカーボネート系ジオールもまた軟質セグメントの構築に用いることができる。
【００９９】
ＰＵは、例えば多官能性もしくは分枝ＯＨ末端架橋剤またはチェーン増量剤の添加によって、または多官能性イソシアネートの添加によって化学的に架橋することができる。適切な架橋剤のいくつかの例には、トリメチロールプロパン（“ＴＭＰ”）、グリセロール、ヒドロキシル末端ポリブタジエン、水素添加ポリブタジエン、トリマーアルコール、ひまし油ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）およびＰＥＯ−ＰＰＯが含まれるが、ただしこれらに限定されない。好ましい実施態様では、ＴＭＰが架橋剤として用いられ、形成されたＰＵの総組成物重量の約０％から約１％、より好ましくは約０．０５％から約０．５％の範囲で存在する。
【０１００】
この化学的架橋は、適用温度ではガラス様状態にある硬質セグメントドメインによるポリマーの物理的または“実質的”架橋を増大させる。最適レベルの化学的架橋は、前記物質の圧縮歪みを改善し、分離する成分の量を減少させ、さらにＰＵの生体内耐久性を改善する。このことは比較的柔らかいポリウレタン（例えば損傷軟骨の修復に適したもの）で特に有用である。実質的な架橋だけによる補強は、ある種の適用では生体内での性能について十分な強度をもたらさないかもしれない。より多くの官能基をもつポリオールを用いることによって潜在的に生じる軟質セグメントからの追加的架橋を用いて、より堅固で弾性が少ない物質を提供できる。このようにして、硬質セグメントと軟質セグメントとの均衡および、全体的な特性に対するそれらの相対的寄与を達成できる。
【０１０１】
さらにまた、本発明のポリマー系は、（１）誘発期、（２）セッティング期、および最後にバイオマテリアルの最終硬化を含む硬化プロセスの制御に有用な、好ましくは少なくとも１つまたは２つ以上の生体適合性触媒を含む。これら３期（それらの絶対的および相対的な時間の長さを含む）および各期内の加速または硬化速度は、組成物の硬化動態またはプロフィルを決定する。本発明の形成されるＰＵの製造に適した触媒のいくつかの例には、錫および三級アミン化合物またはそれらの組み合わせが含まれるが、ただしこれらに限定されない。前記は例えば以下である：ジブチル錫ジラウレート、および錫または混合錫触媒（商標名“Ｃｏｔｉｎ ２２２”、“Ｆｏｒｍｒｅｚ ＵＬ−２２”（Ｗｉｔｃｏ）、“ＤＡＢＣＯ”（トリエチレンジアミン）で入手可能なものを含む）、オクタン酸第一錫、トリメチルアミン、およびトリエチルアミン。好ましい実施態様では、前記触媒はＦｏｒｍｒｅｚ ＵＬ−２２（Ｗｉｔｃｏ）で、ＰＵの総組成物重量の約０％から約１％、より好ましくは約０．０１％から約０．１％の範囲で用いられる。
【０１０２】
本発明のポリウレタンは２つの部分の反応によって形成することができる。そのパートＩ（また別にはパートＡと称する）は、二官能基または多官能基を有するイソシアネートもしくは準プレポリマーを含み、これらは１つまたは２つ以上のＯＨ−末端成分および１つまたは２つ以上のイソシアネートの反応生成物である。ポリウレタンのパートＩＩ（本明細書ではまた別にパートＢ称する）は硬化剤成分で、１つまたは２つ以上のチェーン増量剤および１つまたは２つ以上のポリオールおよび１つまたは２つ以上の触媒、および他の添加剤（例えば抗酸化剤および染料）を含む。適切に形成されるＰＵの場合、パートＩ（準プレポリマー）およびＩＩ（硬化剤成分）間の化学量論（イソシアネート末端をもつプレポリマー（パートＩ）と硬化剤成分（パートＩＩ）のＮＣＯ：ＯＨモル比により表される）は、好ましくは約０．８から１．０：１．２から１．０の範囲内、より好ましくは約０．９から１：約１．１から１．０の範囲内である。
【０１０３】
ポリマー系の化学量論（すなわちＮＣＯ：ＯＨの比）は、ろ過性、引裂き耐性、耐磨耗性に影響することができる。出願人らは、ＮＣＯ：ＯＨ比が約１未満のポリマーは、ＮＣＯ：ＯＨ比が１以上のポリマーより良好な引裂き耐性および耐磨耗性（前記特性はともに人工椎間円板への適用に重要である）を有することを見出した。耐磨耗性および引裂き耐性の改善には、ＮＣＯ：ＯＨ比が約０．９５から１であるのが好ましい。
【０１０４】
以下の表は、全体的な組成範囲と本発明の好ましいポリウレタン組成の要約である（最終ポリマー組成の重量を基準にした重量％）：
全体的範囲　　　　　好ましい範囲
硬質セグメント　　２０〜７０　　　　　　３０〜５０
軟質セグメント　　３０〜８０　　　　　　５０〜７０
イソシアネート　　２０〜５０　　　　　　２５〜４５
ポリオール　　　　３０〜９０　　　　　　５０〜８０
直線状増量剤　　　　０〜２０　　　　　　０．０５〜０．５
分枝増量剤　　　　　０〜１　　　　　　　０．０５〜０．５
触媒　　　　　　　　０〜１　　　　　　　０．０１〜０．１
ＮＣＯ：ＯＨ　　０．８から１．２：１　　０．９から１．１：１
【０１０５】
場合によって、反応性ポリマー添加剤は約０重量％から約２５重量％の濃度で含むことができ、以下から成る群から選択されるヒドロキシル−またはアミン−末端化合物から成る群から選択することができる：ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、シリコーン、ポリエチレンプロピレンジエン、ブタジエンとアクリオールニトリルのコポリマー、ブタジエンとスチレンのコポリマー、イソプレンとアクリロニトリルのコポリマー、イソプレンとスチレンのコポリマー、および上記の混合物。例えば、前記のような実施態様では、前記添加物はヒドロキシル末端を有するポリブタジエンを含むことができ、前記は約５重量％から約３０重量％の濃度で、より好ましくは約５重量％から約２０重量％の濃度で存在する。
【０１０６】
椎間円板の修復に適用する場合、前記プレポリマー中に“反応性疎水性添加剤”を加えることは（これは以前に報告し、円板以外の関節のための製剤では出願人は現在のところ好ましいと考えているが）、椎間円板での使用については現在のところ好ましくない（ただし使用は随意である）。前記添加剤が存在するとき、それは、製剤としてもプレポリマーそれ自体の使用についても、混合組成物の場合と同様にいくつかの望ましい特色を提供することができる。前記特色には、含水硬化特性、架橋、粘度、圧縮疲労および安定性のような特性の組合せの改善が含まれる。
【０１０７】
本発明の組成物は、従来公知の組成物と比較して堅さ、強度および／または硬化性のような特性の組合せの改善を含む特性改善を提供する。出願人らは、前記のような改善は他の所望の特性（（ａ）輸注前（ｂ）輸注時（発生する可能性がある場合は混合時であれ硬化時であれ成形時であれいずれの場合も含む）および最終的に（ｃ）硬化の後および体内での長期の使用過程で生じるものを含む）に有害な影響を与えることなく達成できることを見出した。
【０１０８】
適切な物質は硬化したときに均質であって、全体を通して同じ物理化学的特色または特性を提供することができる。または適切な物質は不均質であって、変化する特色または特性を示す。例えば椎間円板の交換に使用する場合、不均質な組成物の例は、より堅い外側エンベロープ（線維輪と同種）およびより液状の内部コア（髄核と同種）を提供することによって天然の椎間円板を摸倣する組成物である。前記のような不均質な組成物は、例えば異なる硬化状態を用いることにより単一の組成物を使用して、および／または複数の組成物（異なる組成物、および／または組成物の形成に使用した同一の成分で比率が異なる組成物を含む）を使用して製造できる。
【０１０９】
本発明での使用に適した組成物は、それらの製造、適用および生体内での使用に関する特性が最適に組み合わされたものを提供できるようなポリマー物質である。未硬化状態では、前記のような特性には成分の混合性または適合性、加工処理性、および適切な被滅菌性または無菌的に加工処理および保存できる能力が含まれる。前記のような組成物を適用する過程で、適切な物質は流動性、成形性、および生体内硬化性のような特性の最適な組合せを示す。硬化状態では、適切な組成物は、強度（例えば引張りおよび圧縮強度）、モジュラス、生体適合性および生物安定性のような特性の最適な組合せを示す。
【０１１０】
硬化時には、前記組成物は、特にそれらのコンフォメーションの安定性および物理的形状、非溶解安定性、生体適合性、および物理的性能と同様に物理的特性（密度および表面の粗さ、並びに機械的特性、例えば耐負荷強度、引張り強度、せん断強度、せん断疲労耐性、衝撃吸収、磨耗耐性、並びに表面磨耗耐性）に関する特性の最適な組合せを示す。前記のような性能は、天然の組織および関節の評価並びに一般に材料およびポリマーの評価で一般的に認定されている方法を用いて評価できる。特に、硬化した形態の好ましい組成物は、提供または交換しようとする天然の組織の特性に近似するかまたはそれを超える機械的特性を示す。
【０１１１】
未硬化段階では、好ましい組成物成分および好ましい組成物それ自体は、混合することができ、適合性を有し、滅菌に使用される条件下および保存時および輸注時に安定でなければならない。それらはまた、輸注カニューレを通って生体内での適切な位置へ流れることができ、元位置で硬化する（化学的触媒反応によって、エネルギー源（例えば紫外線）に曝すことによって、または化学反応で生成される発熱によって）能力を有する。したがって、硬化組成物は、通常の、または個々の患者のためにデザインされた関節鏡検査法のツールまたは装置を使用することによって、適切に容易に成形および輪郭形成することができる。体内で使用する過程で、硬化し輪郭を付与された組成物は、長期にわたる生体内での使用に適した生理学的、物理化学的および機械的特性を示す。
【０１１２】
前記の所望の未硬化輸注特性を達成するために、“ポリマー系”（本明細書で用いられるように、本発明のポリマー組成物を製造するために用いられる成分を指す）は、好ましい態様では、２つの部分を形成するために必要な成分を含む。パートＩはＮＣＯ末端を有するプレポリマーである（場合によって“イソシアネート準ポリマー”と称される）。パートＩの準ポリマーは、典型的にはポリオール成分を含み、前記は場合によって疎水性添加剤成分および過剰のイソシアネート成分を含む。前記の二成分系のパートＩＩは、１つの長鎖ポリオール、チェーン増量剤および／または架橋剤を他の成分（例えば触媒、安定剤、可塑剤、抗酸化剤、染料など）とともに含むことができる。前記のようなアジュバントまたは成分は、混合時、輸注時および／または硬化時またはそれらの前に、他の任意の成分に添加またはそれらと混合することができる。
【０１１３】
特に好ましい実施態様では、本発明のポリマー系は複数の成分部分として提供され、１つまたは２つ以上の触媒を用いる。前記成分部分（触媒を含む）は混合して硬化を開始させることができ、続いて輸注してセットし、その所望の目的のために十分な条件（例えば時間および発熱）下で完全に硬化させることができる。硬化の完了時に、得られた組成物は、損傷組織の修復または交換に使用するために最適な特性の組合せを提供する。特に好ましい実施態様では、前記製剤は、前記バイオマテリアル部分の適合性および安定性、元位置で硬化性能および特性（例えばろ過性レベル、生体適合性、温度／機械的特性）、機械的特性および生物安定性のような特性の最適な組み合わせを提供する。
【０１１４】
前記部分の容積比もまた未硬化特性および硬化特性を改善し影響を与えるために用いることができる。２つまたは３つ以上の部分を有する組成物が好ましい。２つの部分を用いる場合は、相対容積は、例えば１：１０から１０：１（容積を基準にして、準プレポリマー：硬化剤成分）の範囲であろう。現在のところ好ましい範囲は２：１から１：２である。当業者には理解されるところであるが、本発明の記載にしたがえば、最適容積比はパートＡおよびＢの適合性と安定性によって決定される。
【０１１５】
ある製剤について最適な容積比を選択する場合、以下の事柄を考慮した：
−前記温度範囲の反応性部分の粘度は、輸注装置のいずれの成分（カートリッジ、スタティックミキサー、銃および他の成分を含む）の機械的作動不良をもたらすことなく適度の混合および注入速度を提供することができるものでなければならない。好ましくは、前記バイオマテリアルは、バルーンに前記を輸注（例えば注入）するために十分に流動性である。前記物質は骨のセメントペーストと同じように濃厚であってもよいが、一方、好ましい粘度は１００Ｐａ未満、もっとも好ましい粘度は１０Ｐａ未満である。
−両反応性部分の組成は、適用温度の範囲でこれらの部分が均質であり、相が安定しているものでなければならない。
−反応による発熱の最大温度は混合されたポリマーの反応基の濃度に比例する。高濃度の反応基は高すぎる反応熱を生じる可能性があり、したがって周囲組織に熱による損傷をもたらすかもしれない。好ましいインプラント／組織境界温度は８０℃以下、より好ましくは７０℃以下である。
−反応性部分は混合中は液状でなければならない。反応性部分が別の反応性部分または輸注系のいずれかの成分と接触したとき、または混合中に、前記反応性部分が完全にまたは部分的に固化することは許容されない。成分の一定容積比は種々の方法によって、例えば定常容積比をもつ二区画カートリッジの使用によって、または各成分についてそれぞれ別個に変更することができる輸注速度を有する注入装置をもちいることによって達成することができる。
【０１１６】
ポリマー系の適合性もまた、通常の二部分よりも多い部分、例えば三部分またはそれ以上の部分を有することによって、さらにポリマーの適用前にそれらを一緒に混合することによって達成できる。不適合の成分を別のカートリッジに保存することによって、成分の不適合性の問題はしばしば最小限にすることができる。三部分ポリマー系の例は、二部分系のパートＢのポリオールとチェーン増量剤を別個にするものである。
【０１１７】
パートＩの準プレポリマーの好ましい実施態様では、ジイソシアネートは４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、ポリマーが形成された後極めて過剰に存在する。総イソシアネートは、パートＩの重量で１０％から１００％、より好ましくは４０％から７０％の範囲である。本明細書で用いられるように、“準プレポリマー”という用語は、ある程度過剰の遊離ジイソシアネートを含む、ジイソシアネート末端を有するプレポリマーを指す。
【０１１８】
組成物の適合性はまた、他の方法、例えばポリマー適用前に成分を予備加熱することにより変化させる（または改善する）ことができる。成分の均質性を強化するためには、本発明の好ましい組成物の成分を好ましくは混合および輸注前に、例えば使用前に約６０から８０℃で約２から６時間加熱することによって予備加熱する。好ましくは、前記組成物の部分は使用前に約３５から３７℃に再度冷却される。
【０１１９】
同様に、元位置硬化性もまた、生体適合性と機械的特性の所望のバランスを維持しながら最適化させることができる。出願人らはいくつかの異なる方法を用いて元位置硬化性を最適化させた。方法の１つは、疎水性添加剤（例えば本明細書に記載したポリオール）の添加である。また別のアプローチには、高レベルの触媒の使用、架橋剤（例えばＴＭＰ）の添加および／または脂肪族ジイソシアネートの代わりにより反応性の高い成分（例えば芳香族ジイソシアネート）の使用、および４，２´−および２，２´−ＭＤＩの代わりに４，４´−ＭＤＩの使用が含まれる。
【０１２０】
元位置硬化性は反応速度に大きく左右されるが、前記反応速度は誘発時間と硬化時間によって測定できる。一般に、速い硬化（短い誘発時間）は、より完全な重合反応、より少ない浸出成分、およびより良好な機械的特性（例えばインプラントの冷たい表面のために形成される“コールド層”が少ない）を提供することによって元位置硬化性を改善するであろう。しかしながら、誘発時間はまた、ポリマーの注入および伸延のために要求される適切な作業時間と均衡をとる必要がある。特に椎間円板で使用する場合は、出願人らは、より短い誘発時間によって特性が改善されたポリマーが提供されると決定した。前記のような使用では、誘発時間は例えば約５から２００秒、好ましくは約５から約３０秒、もっとも好ましくは約５から約１５秒であろう。比較すれば、前記のような組成物の総硬化時間は５分またはそれ未満のオーダー、好ましくは３分またはそれ未満のオーダー、もっとも好ましくは１分またはそれ未満のオーダーであろう。
【０１２１】
以前に述べた静的機械特性（引張り強度、堅さ）の他に、好ましいバイオマテリアルはまた、動的疲労特性の最適な組合せも同様に提供する。前記疲労要件を示す簡単な方法の１つは、０．５から１．０Ｍｐａの生理的負荷を少なくとも１００万回、好ましくは４０００万回繰り返す装置に付すことである。
【０１２２】
本発明の硬化バイオマテリアルは、ＡＳＴＭ法Ｄ５７５Ａを用いて３−２０％の生理的緊張で測定したとき、好ましくは約０．１Ｍｐａから約５０Ｍｐａ、より好ましくは約１Ｍｐａから約２５Ｍｐａの圧縮モジュラスを示す。前記レベルより顕著に低い圧縮モジュラスを有する組成物は、存在しているかまたは出現する可能性がある線維輪欠損部から出っ張るか突き出す傾向があるが、一方、前記レベルより顕著に高いモジュラスを有する組成物は堅すぎて、終板に応力遮蔽（ｓｔｒｅｓｓ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）および異常に高い接触ストレスをもたらすであろう。
【０１２３】
場合によって、元位置（ｉｎ ｓｉｔｕ）硬化ポリマーは、当業者に公知の多様な技術を用いて（例えば泡沫発生薬剤を用いて）、平均孔サイズが約１００μｍから約１０００μｍの範囲の多孔性（例えば泡沫状）構造をもつように製造してもよい。この類の多孔性構造は、組織の内方増殖を可能にし、インプラントの圧縮モジュラスを低下させる利点を提供することができる。
【０１２４】
本発明は、前記の系を製造する方法および前記の系を使用する方法を提供する。さらに別の特徴では、本発明は、関節表面に並べて使用される硬化組成物（場合によって成形装置内の硬化組成物）だけでなく、関節表面に並列させた前記関節表面と硬化組成物（場合によって成形装置内の硬化組成物）との組み合わせを提供する。
【０１２５】
本発明は、人工器官を元位置で形成するための装置および方法を提供し、本方法は好ましい実施態様では以下の工程を含む：
ａ）埋め込むことができる成形装置を提供し、前記装置は、流動性バイオマテリアルを受容し、これを収納するために適合された内腔、内腔と硬化性で流動性を有するバイオマテリアル源とを連結するために適合させてある導管を含み、
ｂ）前記成形鋳型を、好ましくは侵襲性が最小限の手段で体内の所望の部位に挿入し、
ｃ）所望の程度に前記内腔を充填するために、バイオマテリアルを前記鋳型に輸注し、
ｄ）前記バイオマテリアルを所望の程度に硬化させ、さらに
ｅ）元位置で成形されたバイオマテリアルを人工装置として使用する。
【０１２６】
前記装置は、場合に応じて埋め込み可能な成形装置を提供し、前記装置は拡張することができる内腔および導管を含み、前記内腔は、流動性バイオマテリアル受容しこれを収納できるようにその意図される目的に最適な幾何学、構造、および／または位置において適合されてあり、前記導管は、硬化性および流動性を有するバイオマテリアル源と内腔とを連結できるように適合されている。前記導管は、好ましくは充填内腔から、例えばそれが内腔と結合している箇所または箇所の近くで前記導管を切断することによって取り除くことができる。場合によって（さらに好ましくは）、前記装置は、バイオマテリアルの輸注を促進しおよび／または硬化された型の最終形状に影響を与えるために、さらにバイオマテリアル腔に陽圧または陰圧空気を提供する手段を含む。
【０１２７】
本装置および方法は、例えば隙間のないまたは完全な人工器官（例えば関節連結接合部の修復または交換並びに椎間円板を修復する場合に使用される）を製造するために使用するバルーン様鋳型を提供することを含む種々の応用で用いることができる。また別には、中空の鋳型、例えば埋め込み小路（例えばカテーテルの形状、例えばステント、シャントまたはグラフトとして）を形成する場合に使用されるスリーブ様管状鋳型を提供するために用いることができる。
【０１２８】
さらに別の特徴では、本発明は、本発明の方法を実施するために有用な鋳型装置（例えば膨張させることができるバルーンの形状または管状鋳型として）を、好ましくはバイオマテリアルを輸注するために使用される導管と組み合わせて提供する。前記とともに、本発明はさらに、埋め込み人工器官を生体内で製造するために手術時に有用なシステムを提供する。本システムは、成形装置（例えば内腔および導管）を硬化性バイオマテリアルの供給と合わせて含み、場合によって陽圧および陰圧空気源も一緒に含む。
【０１２９】
本発明は、侵襲性が最小限の手段を用いるバイオマテリアル組成物の輸注を含む天然の組織を修復する方法およびシステムを提供し、前記組成物は、天然の組織の永久的な交換を提供するために元位置で硬化できる。場合によって（および好ましくは）、バイオマテリアルは、侵襲性が最小限の手段によって適切に配置され、バイオマテリアル組成物で充填される鋳型装置に輸注され、前記は続いて元位置で鋳型および硬化組成物を保持するために硬化される。
【０１３０】
本明細書で用いられるように、以下の用語は下記に述べる意味を有する：
“修復”とは、一般に天然の組織の構造または機能のいくらかまたは全てを増大、交換または提供するために組成物を使用することを指し、例えばインプラント（例えば髄核）の提供、または変性椎間円板の修復（例えば再構築または交換）である。修復は、任意の適切な形態で（例えば組織の修繕からその完全な交換まで）、好ましくはその天然の規模または他の所望の規模を再構築する態様で実施できる。
【０１３１】
“硬化”とは、一般に任意の化学的、物理的および／または機械的な形質変換で、組成物を関節部位に輸注することができる形態（例えば流動性形態）から最終的な生体内で使用される永久的な（例えば硬化された）形態へと変化させる形質変換を指す。本発明の方法に関して用いられるときは、例えば、“硬化性”とは、未硬化組成物（前記未硬化組成物は、生体内で硬化させることができる潜在能力を有する（触媒または適切なエネルギー源の適用によって））だけでなく、硬化が進行中の組成物（例えば複数の組成物成分を同時に混合することによって輸注時に形成される組成物）も指すことができる。さらに本明細書に記載されるように、組成物の硬化は一般に以下を含む３つの段階を含むと考えることができる：（ａ）ゲル化の開始、（ｂ）ゲル化が惹起され、さらに組成物が十分に粘性を失って形をもつことが可能になる時期、（ｃ）組成物がその目的の使用のために最終的な形状を得る完全な硬化。
【０１３２】
“侵襲性が最小限の手段”とは、関連する筋肉組織の破壊を最小限にして（例えば組織の損傷部位に切開によってアクセスする必要がないか、または最小限の切開（例えば約４ｃｍ未満、好ましくは約２ｃｍ未満の切開）によって）達成できる外科的手段、例えば顕微鏡手術または内視鏡もしくは関節鏡による外科的手段を指す。前記のような外科的手段は、典型的には、例えばファイバースコープまたはマイクロスコープによる可視化を用いて達成され、対応する開放系の手術法を伴う場合の回復時間より実質的に短い術後回復時間を提供する。
【０１３３】
“鋳型”とは一般に、流動性バイオマテリアルの輸注および元位置での硬化過程で、前記流動性バイオマテリアルを受容し、閉じ込め、形状を与えおよび／または保持する装置の部分を指す。鋳型は、その構造、コンフォメーションまたは機能の少なくとも一部分のために天然の組織を含むか、または天然の組織（例えば椎間円板の線維輪外皮）に依存することができる。場合に応じて、鋳型は、少なくとも部分的には、硬化した人工インプラントの配置および最終容積の決定に重要である。したがって、その容積および他の物理的特性を予め決定し、侵襲性が最少の手段を用いてある部位へ輸注させる能力、バイオマテリアルによる被充填能力、水分の接触を防止する能力、さらに場合によって硬化バイオマテリアルと天然の組織との間の境界として適切な位置にまたは境界に残留する能力のような特性の最適な組合せを提供することができる。特に好ましい実施態様では、鋳型材料は、硬化されるバイオマテリアルの本体とそれ自体一体化することができる。
【０１３４】
本明細書に記載されるように、鋳型装置は、バイオマテリアルの受容のための内腔および前記内腔にバイオマテリアルを輸注する導管を含むであろう。内腔を形成するために用いられる物質のいくらかまたは全ては、一般に硬化されるバイオマテリアルと一緒に元位置で保持されるが、一方、導管のいくらかまたは全ては、本方法の完了時に一般に除去される。場合に応じて、埋め込まれた人工器官を用いて、天然の組織の構造または機能を生体内で交換、提供または補充することができる。前記人工器官は、任意の適切な形態（例えば組織（例えば膝または椎間円板）の修繕、修復もしくは交換、または現存組織の保持（例えばステントの場合のように）、または組織様機能を有する新規な物質（シャントの場合のように）の作製を含む）をとることができる。
【０１３５】
“バイオマテリアル”という用語は、本発明に関して使用するときは、“組成物”という用語と互換的に用いられ、一般に関節部位に導入することができ、生体内で硬化して所望の物理化学的特性を提供することができる物質を指す。好ましい実施態様では、本用語は、侵襲性が最小限の手段を用いて体内の部位に導入することができ、さらに、所望の配置および構造を前記物質に維持させるために硬化または改変させることができる物質を指す。一般に、前記のようなバイオマテリアルは未硬化形態では流動性である。流動性であるということは、内径が約１ｍｍから約６ｍｍ、好ましくは内径が約２ｍｍから約３ｍｍのオーダーのカニューレを通って前記物質を輸注させることができる十分な粘度を有することを意味している。前記のようなバイオマテリアルはまた硬化性であり、このことは、それらが、所望の配置および構造を保持するために十分な相変化または化学変化を経るために、前記組織部位で元位置で硬化または改変を受けることができることを意味している。
【０１３６】
ある好ましい実施態様では、本発明の方法は椎間円板切除過程で用いられる。半関節接合部、例えば背部の腰椎接合部では、脊椎は軟骨で形成された椎間円板によって分離されている。出願人の同時係属中のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ９７／００４５７号（この文献は参照により本明細書に含まれる）はとりわけ椎間円板の修復方法を開示している。前記方法は以下の工程を含む：
ａ）適切な外科技術を用いて、椎間円板切除を実施し、一方、線維輪外皮を温存し、
ｂ）１つまたは２つ以上の硬化性バイオマテリアルを前記線維輪外皮の内部に提供し、
ｃ）円板の交換を提供するために前記バイオマテリアルを硬化させる。
【０１３７】
好ましい実施態様では、椎間円板腔の伸延は、適切な伸延手段（例えば膨張させることができるバルーンまたは袋）を使用することにより達成される。バルーンはしぼんだ形態で線維輪の内部に送り込み、そこで例えばバイオマテリアルの輸注によって膨張させ、それによって円板腔内を伸延させバイオマテリアルを保持することができる。
【０１３８】
好ましい成形装置の使用は図５を参照しながら説明する。図５は、線維輪外皮（７０）内の適所に配置された、鞘が引っ込められたバルーン部分（１２）を示している。硬化性バイオマテリアル（７２）は、空気が空気道（１８）の排出孔（２２）を通ってバルーンから引き抜かれると同時にバルーン内に輸注される。使用に際して、さらにバルーンが鞘内に収納されたままで、前記装置を目的の使用部位の基部端、例えば椎間円板腔内に配置するために、侵襲性が最少の手段により体内に挿入することができる。いったん配置したら、バルーンを自由にするために鞘を引っ込める。場合によって、バルーンを適切な位置に配置するために、および／または接合部を伸延させるために、空気または他の適切な気体を空気道からバルーンに注入することができる。その後、バルブを開放して硬化性バイオマテリアルの流入を開始させる。バイオマテリアルがバルーンに入るにつれ、バルーン内の気体は、注射筒または他の適切な真空源を使用することによって空気道の遠位端でわずかに真空を作ることによって空気道から排出させることができる。バイオマテリアルはバルーンを充填し続けて、これは続いて、所望の伸延圧または寸法が得られるまで腔の伸延のために機能する（または伸延を助ける）。前記所望の伸延圧が得られたときにバイオマテリアルの流れは停止し、バイオマテリアルを完全に硬化させ、さらにバルーンは導管から切断される。
【０１３９】
本発明の方法および装置はまた、他の接合部（二関節および半関節接合部を含む）の修復にも用いることができる。適切な二関節接合部の例には、蝶つがい関節（指関節の接合部および上腕骨と尺骨との間の接合のような蝶つがい関節）；車軸関節（上部橈骨尺骨関節および環軸関節のようなピボット関節）；顆状関節（ひじ関節の場合のような長円形腔をもつ卵形頭部）；相互受容（親指の手根中手関節のような凹凸表面で形成される鞍関節）；球関節（股関節および肩関節のような球と窩の関節）および平面関節（手根足根関節のような滑走関節）が含まれる。
【０１４０】
本発明のまた別の特徴は人工椎間円板を提供する方法を含み、特に好ましい実施態様では、本方法は椎間円板を調製しアクセスする工程を含む。椎間円板にアクセスし（場合によって侵襲性が最少の態様で）、円板から損傷組織または病変組織を、例えば顕微鏡による椎間円板除去または円板除去／線維輪除去によって除去して間隙を作る。
【０１４１】
本発明の方法は、開放手術または関節鏡による外科手術を用いて実施できる。関節鏡による外科手術を用いるときは、周囲組織の損傷を回避しながら進入口を創出して椎間円板にアクセスする。二口アクセス系が好ましい。なぜならば前記系は、操作を通して第一および第二のカニューレのより良好な操作性を可能にするからである。円板への多数のアプローチが可能であり、後方−側面アプローチ、腹膜後アプローチ、前方腹腔鏡（または開放）アプローチおよび後方開放アプローチが含まれるが、ただしこれらに限定されない。開放アプローチを用いるときは、単一口アプローチが好ましい。
【０１４２】
いったん椎間円板にアクセスしたら、進入開口部を線維輪を通って創出し、椎間円板および髄核の内部部分にアクセスする必要がある。線維輪を通る開口部は、部分的線維輪切除または拡張術によって創出できる。どちらの技術を用いても、可能な限り多くの線維輪組織を無傷で残すことが所望される。
【０１４３】
損傷組織または病変組織は、周囲円板組織に対する損傷または外傷を最小限にしながら椎間円板の内部部分から組織を除去するために適合された任意の器具または技術を用いて髄核から除去することができる。髄核組織を除去するためにいずれの手動器具または動力化／自動化器具も用いることができる。適切な器具の例には、骨鉗子（方向を誘導できる骨鉗子が好ましい）（Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＴ）から入手できるＮｕｃｅｏｔｏｍｅ（登録商標）装置）、動力化シェーバー（好ましくは方向誘導性シェーバー、例えばＥｎｄｉｕｓ（Ｐｌａｉｎｓｖｉｌｌｅ， ＭＡ）から入手できるＭＤＳ（登録商標）マイクロデブライダーシステム）、化学的除核、レーザー技術などが含まれるが、ただしこれらに限定されない。
【０１４４】
髄核組織の除去は、患者の状態に応じて部分的でも全体でもよい。除去される円板組織の範囲は、少なくとも埋め込まれる人工器官を収納するために十分でなければならない。したがって、円板の髄核部分を除去して最終的な硬化形態の人工器官を十分に収納できる寸法を有する腔または小室を形成する。前記寸法は、患者の椎間円板に必要なものを再建するために必要な人工器官の寸法に一致する。除去される髄核組織の量は、患者の状態、円板のサイズおよび使用する器具にしたがって変動するであろう。典型的には、除去される量は約２グラムから約８グラムの範囲内である。
【０１４５】
本発明の系（拡張可能なバルーン部分およびバイオマテリアル輸注装置およびバイオマテリアル源を含む装置を含む）を提供し、例えば圧縮した形状のバルーンを収納し、さらに前記円板の間隙内の組織に固定できるように適合させてある基部端を提供する導入カニューレを用いて、創出した前記円板の間隙に（例えば円板の髄核部分に）装置の拡張可能なバルーン成分を導入する。
【０１４６】
前記バルーンを前記間隙内に導入し、さらに導入カニューレを引っ込めおよび／または圧縮したバルーンを導入カニューレから前記間隙に差し伸べ、好ましくは、バルーンが前記利用可能な間隙に少なくとも部分的にそれ自体を一致させることができる態様および条件下で適切な位置にバルーンを配置する。
【０１４７】
次に、本発明の装置を提供し、さらに円板から挿入して、椎間円板内の髄核腔内に装置の円板部分を適切に配置する。さらに別の手術器具および技術を用いて、適切な位置への装置の挿入および配置を容易にできる。例えば、誘導ワイヤを先ず進入口および線維輪開口部から円板に挿入し、さらにカニューレおよび装置のバルーン部分を前記ガイドワイヤの上を滑らせて、バルーンを円板内の適切な位置に配置する。適切な誘導ワイヤ装置には、方向誘導性血管形成ガイドワイヤ（Ｃｏｏｋ Ｉｎｃ．（Ｂｌｏｏｍｉｎｇｔｏｎ， ＩＮ）から入手できる）が含まれる。第二のカニューレの遠位端は体内に障害なく挿入できるように末端を切り縮めることができる。
【０１４８】
円板内にバルーンが適切に配置されたことは、現在利用可能な技術、例えばＸ線透視検査、イントラオペラティブＣＴスキャンニング、Ｘ線を用いて実証することができる。さらに別の実施態様では、位置設定マーキングまたは他の外部から検出できる指標を用いて、装置の適切な配置の確認を補助することができる。
【０１４９】
バイオマテリアルは、ａ）閉鎖位置でバイオマテリアルと液体が連結した状態でバルーンの上に真空を発生させ、ｂ）複数のバイオマテリアル部分を混合して硬化を開始させ、混合され硬化中であるが未だ流動性を有するバイオマテリアルを、好ましくは混合されたバイオマテリアルの最初の部分をシャントした後でバルーンに充填し、さらにｃ）前記バイオマテリアルを拡張させ、バルーン内で完全に硬化させて人工器官を形成する。この場合、バルーンの充填および拡張並びにバイオマテリアルの硬化は、工程を通して（場合によって、さらには好ましくは、一定の時間、および椎間円板の伸延を達成および／または維持するために全体としてまたは部分的に十分な圧で）装置内のバイオマテリアルの液圧を制御することによって実施される。
【０１５０】
流動性バイオマテリアルを装置に輸注する前に、圧モニターをアダプターによりまたはモニターとカニューレを結合させる結合手段によってカニューレと結合させることができる。バルーンを充填する前に、未硬化で流動性を有するバイオマテリアルを混合し、第一のカニューレ基部部分に輸注するが、この時点で混合したバイオマテリアルの最初の部分をシャントし、不適切に混合されたか、または所望されないバイオマテリアルを装置全体に広がる前に廃棄する。したがって、最初のバイオマテリアルの流路は本明細書で述べるようにシャントする手段によって分岐させる。
【０１５１】
ある実施態様では、三方向バルブを調節し、流れをシャントまたは貯留槽に分岐させる。いったん好ましくないバイオマテリアルを第一のカニューレから除去したら、前記バルブを調節して、バイオマテリアルが第一のカニューレからバルーンへ流れるように流路を再誘導する。
【０１５２】
続いて、バルーンを流動性を有し未硬化のバイオマテリアルで充填し、さらに実質的に全ての空気がバイオマテリアルによって装置から押出されるまで、前記バイオマテリアルを第二のカニューレに連続させそこから排出する。この時点で、排出されたバイオマテリアルを望ましくない特性（例えば気泡を有する）について精査する。バルーンの充填および拡張、並びにバイオマテリアルの硬化は、椎間円板の伸延を維持するために十分な時間および圧にしたがって、工程を通して装置内のバイオマテリアルの液圧を制御することによって実施される。場合によって、前記円板は同様に補助装置によって（例えば外部または内部装置、例えば骨ネジ伸延装置によって）伸延させることができる。
【０１５３】
場合によって、円板はまた、例えば円板自体の輸注前に（例えば機械的手段によって）、および／またはバイオマテリアルの輸注前に（例えば第一の液の輸注および回収によって）、予備伸延させることができる。前記のような予備伸延は、例えば痛みの源を診断し、適切な伸延圧を決定し、さらに腱と靭帯を予め伸ばすことが所望される条件下で実施することができる。
【０１５４】
第二のカニューレの流路は、バルーンが液圧の結果として拡張することができるような態様で、液圧制御手段によって制御または制限される。バルーンは、少なくとも実質的にバルーンおよび円板内腔または小室を充填するために十分に充填および拡張される。輸注時間および伸延と硬化中の液圧は、使用される個々のバイオマテリアルおよびその特性（例えば粘度およびバイオマテリアルの硬化速度）にしたがって変動するであろう。
【０１５５】
液圧を高め、椎間円板腔を十分に伸延させることができるように調節し、それによって患者の必要性に合わせた解剖学的構造を提供または回復させる。典型的には、適用される圧は、約０．２ｍＰＡから約１．５ｍＰＡ（または約３０から２２０ｐｓｉ）の範囲で、個々のバイオマテリアル、患者の状態、および線維輪の完全性にしたがって変動するであろう。前記の効果を達成させるために必要な液圧が得られたとき、前記液圧をモニターし、硬化段階を通して維持し、所望の特性および寸法（例えば円板の高さおよび幅）を有する人工器官を製造する。
【０１５６】
手術部位から、例えば円板部位または線維輪を越えて伸長している装置の部分を切断および除去して前記系の不要な部分を取り除く。
バイオマテリアルの硬化が終了したら、導入カニューレおよび／または作業カニューレ（経皮的アプローチが使用されている時は）を患者の体から引き抜く。バルーンに連結させたカテーテルを、カニューレまたはチューブの形態をもつポリマー材を切断することができるように適合させてある任意の器具を用いて切断することができる。好ましくはカテーテルは可能な限りバルーンの近くで切断される。
【０１５７】
術後に、種々の装置および技術を用いて線維輪の切開部分を修復できる。例えば、出願人自身のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／１１７４０号（この文献は参照により本明細書に含まれる）に記載されたような組織を修復する装置を用いることができる。
【０１５８】
ある好ましい実施態様では、装置のバルーン成分は線維輪から椎間円板腔内に挿入され、円板の髄核部分内の適切な位置にバルーンが配置される。前記バルーンを硬化性バイオマテリアルで所望のサイズ（伸延圧および／または他の手段によって測定する）になるまで充填する。この場合、前記所望のサイズは、その後バイオマテリアルが元位置で硬化して、円板の機能を回復させるために所望の構造および寸法を有する人工器官を形成している間維持される。
【０１５９】
また別の好ましい実施態様では、前記系は、完全な椎間円板（髄核および線維輪の両方を含む）を交換するために使用される装置およびバイオマテリアルを提供する。前記のような実施態様は、例えば現存または改変装置および成分（例えば終板部分）の使用を含むことができる。前記終板部分は、上部および下部が金属の終板の形態を有し、本発明のバルーンおよびポリマーを効果的にサンドイッチのように挟むことができるように適合されている。本発明の開示により、当業者は、前記のような終板を用いる態様を決定することができるであろう（例えば以下の文献を参照されたい：Ｂａｏ ｅｔ ａｌ．， “Ｔｈｅ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｄｉｓｃ−ｔｈｅｏｒｙ， ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”， Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ １７：１１５７−１１６７，１９９６）。
【０１６０】
硬質の終板を用いて人工円板と椎間体との間の固定を強化できる。前記固定は、以下のいくつかのデザインの１つまたは組合せを用いることによって達成できる：１）終板に対して垂直な外側表面上のスパイク、止め釘または歯、例えば米国特許第４，７５９，７６６号、第５，０７１，４３７号および第５，３１４，４７７号に開示されたようなもの、２）骨の内方増殖用の多孔性外側表面、例えば米国特許第５，０７１，４３７号、第５，３１４，４７８号に開示されたようなもの、３）骨ネジにより椎間体に固定できるように適合されたサイドウィング、例えば米国特許第５，４５８，６４２号、第５，６２４，２９６号および第６，００６，１３０号に開示されたようなもの。前記のいずれの実施態様でも、人工器官全体に所望の固定性能を提供できるものは典型的に堅さがより少ないポリマーの軟コアである。サンドイッチのように挟まれた軟コアは終板に結合されるか、または移動できるように残される。移動できるように残される場合は、前記固定装置は典型的には球と窩の様式を有し、終板の内側表面は凹面でポリマーコアは両面が凸形である。前記球と窩のデザインはより容易な回転運動（屈曲−伸長方向および側面湾曲方向の両方の運動）を可能にし、一方、適切な位置に留まるコアの安定性は最大である。
【０１６１】
上記アプローチの種々の特徴を利用しつつ、本発明の系はいくつかの相違点および利点を同様に提供する。従来のデザインは少なくとも１つの欠点を共有している。すなわち、インプラントの全体的なかさ高さ（特にスパイク、止め釘または歯）のためにインプラントを椎間円板腔内に挿入する過程で遭遇する問題である。本発明は、流動性硬化性のバイオマテリアルを用いて中央の軟コアを元位置で形成することによって前記の問題を克服した。前記３つの固定特徴の１つまたはその組合せをもつ終板は本発明でも完全な円板交換のためになお用いられるが、前記の部分は、最初はコアをもたない状態で、または折り畳まれたバルーンの形態を有するコアとともにより容易に挿入され、適切な位置に配置される。続いて、髄核移植と同様な態様で、最適な伸延を達成するために圧を制御しながらバイオマテリアルを輸注することができる。
【０１６２】
ある好ましい実施態様では、上部および下部終板は金属（例えばチタン合金またはＣｏ−Ｃｒ合金またはステンレススチール）で製造される。前記は、それぞれの椎体に向き合うように適合された複数のスパイクまたは止め釘を有し、さらに場合によって、最終的に生じる骨の内方増殖を可能にするように適合された外側表面を有する。各終板は凹面の滑らかな内側の向き合う表面を有し、さらに噛み合うように適合されてあって、その結果バルーンのカテーテルの径よりわずかに大きい寸法をもつ細長い開口部をそれらの間に提供し、それによって空の折り畳まれたバルーンの挿入が可能になっている。ある実施態様では、適切に終板を配置（これは場合に応じて円板材を除去した後で実施される）した後、バルーンを前記終板腔内に挿入する。続いてバルーンに元位置で硬化することができるバイオマテリアルを充填する。注入圧を制御しながら、スパイクが椎体内に完全に進入するまで前記終板を外側に向けて押出す。
【０１６３】
また別の実施態様では、終板（各々は凹面の内側表面を有する）はまたそれぞれサイドウィングを有し、前記は骨ネジによる固定を可能にする（米国特許第６，００１，１３０号のものと類似する）。ガスケットまたは他の適切な手段を用いて元位置で硬化させた核を閉じ込めることができる。前記２つの終板は円板腔の約半分の高さをもつ壁を有し、髄核コアが移動するのを防ぐことができる。２つの終板の壁は同じ径または異なる径を有することができ、それによって互いに重ね合わせて挿入時の嵩張りをさらに減少させることができる。
【０１６４】
場合によって、本発明の系は、終板を用いないで、または終板を１つだけ用いて完全な円板を交換するために用いることができる。例えば、終板を使用しない場合、１つまたは多数のアンカーを椎体上に作ることができる。ポリマーを注入するとき、ポリマーはアンカーを充填し、インプラントと椎体との間にかみ合いを形成する。適切なアンカーはまた、ポリマー注入後に移動球と窩との境界面を効果的に作り出すために、上部表面および下部表面を適切な形状に外科的に削って創出することができる。また別には終板は一方の表面（典型的に下部の表面）のアンカーとして用いることができる。なぜならば、天然の上部の面は下部の面よりもより凹面であるからである。
【０１６５】
上記で述べた本発明の系の図は図１１から１４に示されている。図１１は、上部の椎体と下部の椎体との間に存在する、終板を使用しない人工器官のバルーン部分を示している。図１２は、椎体上に形成されたアンカーポイントを用いる系を示している。図１３は、２つの金属終板の使用を示している。前記終板は、骨ネジを用いて上部の椎体と下部の椎体に固定されるサイドウィングを有する。前記終板は滑らかな凹面の内側面を有する。図１４は、椎体の骨に押し込まれるスパイクを外側表面上に有する終板の使用を示している。前記の系は、人工円板の高さの約１／２のリングを有する。下部の終板および上部の終板上の上記リングはそれぞれわずかに異なる径を有し、その結果、リングは互いに重なり合う。
【０１６６】
さらにまた本発明には、本発明の装置、系および方法を用いて元位置で形成される人工器官が含まれる。ある実施態様では、前記人工器官は線維輪内に人工椎間円板の終板に並列させて提供される。また別の実施態様では、人工器官は、天然の線維輪を実質的に交換する態様で提供され、場合によって、天然の骨に並列させた１つまたは２つ以上の人工終板成分を含む。
【０１６７】
【実施例】
調製例１
４，４´ＭＤＩ、ＰＴＭＯ１０００、１，４ＢＤＯ、ＴＭＰ（ＮＣＯ／ＯＨ＝１）で調製した４５％の硬質セグメント含有量を有する製剤
市販の二区画カートリッジ（区画間容積比は１、２、４、１０）を用いて使用できる製剤を調製しデザインした。前記物質を３０から４０℃の範囲で使用することを意図した。
プレポリマーまたは準プレポリマー（パートＡ）は以下の成分を用いて調製した：
【０１６８】
【表１】

【０１６９】
硬化剤成分（パートＢ）は以下の成分を用いて調製した：
【表２】

【０１７０】
調製例２
疎水性添加剤を含む製剤
硬質セグメント比が３９．５％でＡ：Ｂ容積バランスが２の製剤を以下の態様で調製した：
【０１７１】
【表３】

【０１７２】
調製例３
硬質セグメント比が４３％でＡ：Ｂ容積バランスが２の製剤を以下の態様で調製した：
【０１７３】
【表４】

【０１７４】
調製例４
ＭＤＩ−ＰＴＭＯ２０００および１，４ＢＤＯ−ＴＭＰをベースにしてＡ：Ｂ容積比が１０である製剤を硬化剤として１，４ＢＤＯ−ＴＭＰを用いて調製した。
【０１７５】
【表５】

【０１７６】
調製例５
パートＡとして純粋なイソシアネートを用いて以下の態様で製剤を調製した。Ａ：Ｂ容積比は０．５である。
【０１７７】
【表６】

【０１７８】
実施例１
髄核インプラント
本発明の人工椎間円板系を以下のような実施態様で外科手術で使用した：
１）線維輪から外科手術により椎間円板にアクセスして円板除去（線維輪除去）を実施し、円板の核部分を除去する。
２）本発明の装置の基部（患者端）部分を手術部位および椎間腔に挿入する。基部先端（外科用輸注導入カニューレ内にケースに包まれた空気を抜いて折り畳んだバルーンを含む）を前記線維輪の切開部から挿入する。続いて、円板の方向に向いている外科用カニューレから長軸方向にバイオマテリアル輸注部分の基部端をわずかに核小室内にバルーンを押出すために必要な程度押出すことによって、バルーンを導入カニューレから適切な場所に配置する。
３）場合によって、患者の以前から存在する円板の高さが低いときに椎間円板の予備伸延が必要とされている場合には、任意の適切な椎間円板伸延手段（外部手段および内部手段の両方を含む）を用いて伸延を達成できる。内部伸延は、本発明のそれと同様な装置を用いることによって、例えば第一に適切な溶液（例えば食塩水またはコントラスト溶液）をバルーンに輸注し、椎間円板接合部を“伸延”するために十分な力を所望の程度まで発現させる。伸延後、前記溶液を真空の適用によりバルーンから除去することができる。注入可能なバイオマテリアルを収容するために同じバルーンを用いるか、または伸延用バルーンを新しいバルーンに交換するかは任意である。
４）続いて、浄化システムと結合したスタテッィクミキサー装置の基部（進入）端をバイオマテリアル源の遠位端（出口）に結合させる。
５）液圧モニター系の成分を組み立てる。ある実施態様では、液伝達導管の一方の端は圧ゲージに結合され、他端はアダプター（連結とバルブの集合物）に結合されてあり、前記は場合に応じてバイオマテリアル混合経路とスタティックミキサー装置および浄化系の集合物の遠位部との間で装置とつながっている。液伝達導管の各末端はバルブ（伝達液入口用に１つ、および伝達液出口用に１つ）を含む。前記入口バルブおよび出口バルブが開放され、導管が完全に充填され過剰な液が出口端から流れ出るまで、圧伝達液を入口から前記導管に輸注する。続いて、前記導管を圧ゲージに結合させ、必要に応じて目盛りを補正する。
６）続いて、装置のバイオマテリアル輸注部分の基部端を、付随のバイオマテリアル源／浄化系／圧モニター系の集合物と一緒になったスタティックミキサーの遠位端に結合させる。
７）続いて、装置のバイオマテリアル輸注部分のバイオマテリアル出口導管の遠位端を真空供給源に結合させる。結合は以下を含む種々の適切な手段によって達成できる：空気の除去およびバイオマテリアル輸注相の間に導管を通して出現する陰圧量を操作するために制御可能なバルブを通して結合させるもの。
８）続いて、閉鎖したバイオマテリアル輸注部分について（閉鎖位置で基部端に配置されたバルブによって）真空供給源を活動させ、空気をバルーンの内部から除去して陰圧を作り出す。
９）液圧伝達系を活動させ（開放し）、バイオマテリアル成分を続いて陽圧によって容器からスタティックミキサー装置を通して押出し、混合バイオマテリアルの最初に不適切に混合された部分を、浄化バルブを相応に誘導することによって前記浄化系を通してシャントする。
１０）前記バイオマテリアルの最初の部分がシャントされたら、前記バルブを再誘導して、バイオマテリアルを流路を抜けてさらに第一の管腔から装置のバイオマテリアル輸注部分に前進させる（前記第一の管腔はバイオマテリアルをバルーン内部に運ぶ）。
１１）バルーンが充填され、過剰のバイオマテリアルおよび空気は第二の管腔から出て行く（前記第二の管腔は、バイオマテリアル出口導管を通って陰圧供給源に向かって流れる）。前記陰圧は、個々の患者の要請に応じた所望のバルーンサイズおよび内部圧を得るために、バイオマテリアル輸注の陽圧と連携して制御される。装置全体の液圧は持続的にモニターされ、全充填相の間操作される。
１２）バイオマテリアルの所望の圧および量が達成されたとき、そのパラメーターをバイオマテリアルの硬化相の間維持する。
１３）バイオマテリアル輸注部分と装置の残りの部分との間の結合部で装置を外し、外科用カニューレを手術部位から引き抜く。
１４）切断するため適合させてある任意の適切な技術または器具を用いてバルーンのシャフトを切断し、続いて装置のバイオマテリアル輸注部分を手術部位から除去し、それによって元位置で硬化したバイオマテリアルを含む充填されたバルーンが残され、人工椎間円板として機能する。患者を縫合し、開放部を閉じ、手術から回復させる。外科手術のパラメーターは多数の因子に左右される。前記因子には、バイオマテリアルの流速、最終的人工器官の特性および寸法、バイオマテリアルの硬化時間、バイオマテリアルの液圧、伸延圧、伸延時間、バイオマテリアルの特性（例えば流動性、温度など個々の使用製剤に特有のもの）および腔内の空間的パラメーターが含まれるが、ただしこれらに限定されない。
【０１７９】
実施例２
完全椎間円板インプラント
種々の外科的アプローチおよび技術を用いて人工円板を埋め込むことができる。硬質の終板を用いる場合は、開放前方アプローチまたは腹膜後アプローチがほぼ要求される。前記２つのアプローチの主要な利点は、外科医が完全な円板の除去のために円板腔について十分な評価を実施でき、それによって大きな終板を全円板腔をカバーするために用いることが可能であるという点である。
１）第一の工程は変性円板を任意の既存の外科技術およびアプローチを用いて除去することを含む。可能な場合には、線維輪の外層および靭帯を残すことができる。
２）人工終板を用いる場合は、椎間円板腔内に前記終板を挿入し、前記終板を円板腔の中央に配置する。終板がサイドウィングを有する場合は、前記サイドウィングを骨ネジで固定する。
３）場合によって、円板を本明細書で述べたように（例えば開始溶液を用いることにより）円板を予備伸延する。
４）続いて、浄化系を含むスタテッィクミキサー装置の基部端をバイオマテリアル源の遠位端（出口）に結合させる。
５）液圧モニター系は別々に組み立てる。ある実施態様では、液伝達導管の一方の端は圧ゲージに結合され、他端は連結部とバルブの集合物に結合されてあり、前記は場合に応じて、装置のバイオマテリアル輸注部分の基部部分とスタティックミキサー装置および浄化系の集合物の遠位部との間で本装置とつながっている。液伝達導管の各末端はバルブ（伝達液入口用に１つ、および伝達液出口用に１つ）を含む。前記入口バルブおよび出口バルブが開放され、導管が完全に充填され過剰な液が出口端から流れ出るまで、圧伝達液を前記入口から導管に輸注する。続いて、前記導管を圧ゲージに結合させ、必要に応じて目盛りを補正する。
６）続いて、装置のバイオマテリアル輸注部分の基部端を、付随のバイオマテリアル源／浄化系／圧モニター系の集合物と一緒になったスタティックミキサーの遠位端に結合させる。
７）続いて、装置のバイオマテリアル輸注部分のバイオマテリアル出口導管の遠位端を真空供給源に結合させる。結合は以下を含む種々の適切な手段によって達成できる：空気の除去およびバイオマテリアル輸注相の間に導管を通して出現する陰圧の量を操作するために制御可能なバルブを通して結合させるもの。
８）続いて、閉鎖したバイオマテリアル輸注部分について（閉鎖位置で基部端に配置されたバルブによって）真空供給源を活動させ、空気をバルーンの内部から除去して陰圧を作り出す。
９）液圧伝達系を活動させ（開放し）、バイオマテリアル成分を続いて陽圧によって容器からスタティックミキサー装置を通して押出し、混合バイオマテリアルの最初に不適切に混合された部分を、浄化バルブを相応に誘導することによって前記浄化系を通してシャントする。
１０）いったん前記バイオマテリアルの最初の部分がシャントされたら、前記バルブを再誘導して、バイオマテリアルを前記流路を抜けてさらに第一の管腔から装置のバイオマテリアル輸注部分に前進させる（前記第一の管腔はバイオマテリアルをバルーン内部に運ぶ）。
１１）バルーンは充填され、過剰のバイオマテリアルおよび空気は第二の管腔から出て行く（前記第二の管腔は、バイオマテリアル出口導管を通って陰圧供給源に向かって流れる）。前記陰圧は、個々の患者の要請に応じた所望のバルーンサイズおよび内部圧を得るために、バイオマテリアル輸注の陽圧と連携して制御される。装置全体の液圧は持続的にモニターされ、全充填相の間操作される。
１２）バイオマテリアルの所望の圧および量が達成されたとき、そのパラメーターをバイオマテリアルの硬化相の間維持する。
１３）バイオマテリアル輸注部分と装置の残りの部分との間の結合部で装置を外し、外科用カニューレを手術部位から引き抜く。
１４）切断するため適合させてある任意の適切な技術または器具を用いてバルーンのシャフトを切断し、続いて装置のバイオマテリアル輸注部分を手術部位から除去し、それによって元位置で硬化したバイオマテリアルを含む充填されたバルーンが残され、人工椎間円板として機能する。患者を縫合し、開放部を閉じ、手術から回復させる。外科手術のパラメーターは多数の因子に左右される。前記因子には、バイオマテリアルの流速、最終的人工器官の特性および寸法、バイオマテリアルの硬化時間、バイオマテリアルの液圧、伸延圧、伸延時間、バイオマテリアルの特性（例えば流動性、温度など使用された個々の製剤に特有のもの）および腔内の空間的パラメーターが含まれるが、ただしこれらに限定されない。
【０１８０】
実施例３
完全な椎間円板インプラントのまた別の実施態様
本発明のまた別のモジュール式完全人工椎間円板を図１６を参照して説明する。提示されているように、椎間円板は、最低限３つの主要なモジュールで作製される。本モジュール式デザインによって小さな成分が作製される。この小さな成分サイズによって、より侵襲性の少ない外科的アプローチ（例えば脊椎への腹腔鏡またはミニアリフ（ｍｉｎｉ−ａｌｉｆ）アプローチ）を用いる移植が可能である。前記モジュール式デザインはまた、例えばインプラントの使用寿命中に不具合が生じた場合に交換または付加のために成分を調製し挿入することが可能である。提示されているように、第一の２つの主要モジュールには上部（２１０）および下部（２１２）終板が含まれ、前記は対応する椎体に結合できるように適合されている。上部終板は病変を有する椎間円板腔に対して上部の椎体の下部表面に結合され、下部終板は病変を有する椎間円板腔に対して下部の椎体の上部表面に結合される。第三のモジュールは、構造または負荷支持体成分（２１４）である。前記構造成分（構造支持体）は、可撓性補強物質（２１６）の内部に収納される弾性支持体（表示されていない）を含む。前記可撓性補強物質は、前記弾性支持体の周囲を取囲む外側ジャケットを形成する。前記のモジュールは、終板と構造支持体との間で重なり合い接合法（例えば鳩尾継ぎ）を用いてはめ込まれる。
【０１８１】
前記２つの終板は、隣接する椎骨に直にネジ、釘、くさびまたは他の適切な手段を用いて結合させることができる。前記終板は多くの材料、例えばステンレススチール、チタン、セラミクス、エンジニアリングポリマー、ファイバー補強複合物で作製できる。終板はまた、多孔性表面を用いて作製し、椎骨から終板への骨の内方増殖を促進することができる。コーティング、増殖因子および特定の物質はいずれも、椎骨との接触のために製造した多孔性表面への骨の内方増殖促進のために用いることができる。さらにまた、前記終板は、１つまたは２つ以上の小片から製造し、より侵襲性が少ない外科技術（例えば脊椎への腹腔鏡またはミニアリフ（ｍｉｎｉ−ａｌｉｆ）アプローチ）を用いて終板の移植を容易にすることができる。例えば、終板は、前方−後方方向に終板の中心を貫通する継ぎ目を有するように作製し、侵襲性がより少ないアプローチにより挿入した後で手術時に前記２つの小片を一緒に結合させることができる。さらにまた、終板は、同じ目的のために側面を縦断する継ぎ目を有するように作製することができる。
【０１８２】
構造支持体モジュールは、弾性支持体および補強ジャケットから成る内部の詰まった小片から製造することができるが、また元位置硬化ポリマーを受容できる可撓性補強材から製造してもよい。可撓性補強外側ジャケットに注入された元位置硬化ポリマーの事例が好ましい。なぜならば、可撓性補強ジャケットはより小さな構造に折り畳み、より小さな手術部位を通すことができるからである。可撓性補強ジャケットに作った注入口は、ポリマーを注入しこれを硬化させた後、構造支持体モジュールから除去することができる。好ましい可撓性補強外側ジャケットは、弾性マトリックス材料中に含有させた種々の適切な材料、例えば高い結合力を有する補強線維を含む可撓性複合材料（例えばＳｐｅｃｔｒａ １０００（登録商標）ポリエチレン線維、Ｋｅｖｌａｒ ４９（登録商標）ポリアラミド線維、またはＤａｃｒｏｎ（登録商標）ポリエステル線維）から製造できる。前記ジャケットは、好ましくは、編みまたは織り繊維構築物から製造されるが、また別にはインプラントの円周または輪状方向を有する一方向性線維から製造される。前記外側ジャケットは、元位置硬化ポリマーを注入した後で維持される装置に構築できる好ましい幾何学構造を有するネット形複合物として製造してもよい。
【０１８３】
前記線維の方向、線維の重量または容積含有量、線維のタイプ、および構造支持体の幾何学構造は個々の使用者に適合するように調節し、圧縮、折れ曲がりおよびねじれに対する好ましい堅牢性を達成し、天然の椎間円板の特性を摸倣することができるＨｕｄｇｉｎｓ， １９９８： Ｈｕｄｇｉｎｓ ＆ Ｍｕｚｚｙ， １９９８， ２０００）。例えば、構造支持体の可能な幾何学構造は、上部端および下部端から支持体の中心部の高さにある胴部に向かって漸次細くなる幾何学構造であろう。前記幾何学構造は、可撓性複合材料で製造された完全な円板で発生する主要な問題の１つの解決に役立つであろう。前記の問題は、正確な軸周囲の堅牢性が垂直方向に対して一定の横断面について達成された場合、折れ曲がりおよびねじれに対して構造支持体が堅牢すぎるということである（Ｌｅｅ ＆ Ｌａｎｇｒａｎａ， １９９１， １９９１ｂ； Ｌａｎｇｒａｎａ ｅｔ ａｌ． １９９１， １９９４）。細くなった胴部、線維の含有量および方向性は、いずれも折れ曲がりおよび軸のねじれに対する堅牢性の減少に役立ち、一方、適切な軸の圧縮に対する堅牢性は維持される。
【０１８４】
前記モジュールは、構造支持体の雄型継ぎ目を終板の受け口に配置することによってはめ込まれて単一の機能的ユニットになる。前記構造支持体は、前記受け口構造および終板の開放端を覆って配置されるフェンスによって終板内で保持される。前記フェンスは、１つまたは２つ以上のセルフテーピングネジ、１つまたは２つ以上の蝶つがい、およびそれらの組合せを用いて閉じさせることができる。前記構造支持体は、終板の受け口の保持フェンスを開けることによって取り除くか、または新しい支持体と交換できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
椎間円板の交換で使用する、バルーン腔およびバイオマテリアル輸注導管を含む成形装置の第一案の図である。
【図２】
バルーンが折り畳まれた形状で外側の鞘内に収納された図１の装置で、円板腔内の挿入および配置に適したものを示す。
【図３】
図３は、適切な硬化性ポリマー溶液で心棒を浸漬被覆することによって、図１のバルーンを形成するために用いられる前記心棒を示す。
【図４】
図４は、図３で示した心棒で形成されたバルーンを示す。
【図５】
図５は、椎間円板腔内に配置され、バイオマテリアルを充填中の図１のバルーンを示す。
【図６】
図６は、本発明の好ましい系の実施態様の１つを示す液循環の模式図である。
【図７】
図７は、図６に示した液循環模式図で、その場合に応じてある種の圧モニター成分を含むものを示す。
【図８】
図８は、本発明の装置の好ましい実施態様の説明図である。
【図９】
図９は、図８に示した装置のバルーンおよび関連する管腔成分の単離図を示す。
【図１０】
図１０ａおよび１０ｂは、それぞれ差し伸ばされていない位置および差し伸ばされた位置にあるバルーンを有するカニューレの基部端を示す。
【図１１】
図１１は、椎骨の間に存在する元位置硬化性椎間円板インプラントの側面図である。
【図１２】
図１２は、椎骨の間に存在する、椎体上にアンカーポイントを有する椎間円板インプラントの側面図を示す。
【図１３】
図１３は、骨ネジを用いて椎体に固定された終板の間に存在する椎間円板インプラントの側面図を示す。
【図１４】
図１４は、終板の外側表面スパイクを用いて椎体に固定された終板の間に存在する椎間円板インプラントの側面図を示す。
【図１５】
図１５は、適切な物質（例えばヒドロゲルの“ピロー”の形態を有する物質）を用いて人工核組織境界を提供する、本発明の任意の実施態様を示す。
【図１６】
図１６は、モジュール式成分系を用いる、また別の完全な椎間円板の実施態様を示す。

Claims (29)

1. ａ）バイオマテリアルによる充填および膨張に際し、１つまたは２つ以上の外側組織接触面、および対応する内側面によって形成され少なくとも１つが硬化性バイオマテリアルを受容できる１つまたは２つ以上の内腔をもたらすために椎間円板腔内の適切な位置に配置できるように適合された折り畳みバルーン；
   ｂ）各々基部端および遠位端を有し、各管腔の前記基部端が前記バルーンの内腔と液体および／またはガスの流れにより連結されているかまたは連結されるように適合された第一および第二の管腔；
   ｃ）第一の管腔と結合され、さらに第一の管腔の遠位端と流動性バイオマテリアル輸注装置との間の連結および液体の流れを操作および制御できるように適合された、好ましくは液体コントロールバルブを含む１つまたは２つ以上のアダプター；および
   ｄ）第二の管腔に結合され、バルーンの充填過程でバルーン内の液圧および／またはガス圧を操作および制御できるように適合された、１つまたは２つ以上のアダプター
   を備えて成る、生体内に人工椎間円板を形成するための装置。
2. 前記バルーンが実質的に非変形性物質で製造された請求項１に記載の装置。
3. 前記バルーンが実質的に変形性物質で製造された請求項１に記載の装置。
4. 前記物質が成形可能な熱可塑性ポリウレタンから成る群から選択されるブロックコポリマーを含む請求項３に記載の装置。
5. 前記装置が、さらにバイオマテリアル装置のために適切な終了点の指示を提供できるように適合された終了点モニターを含む請求項１に記載の装置。
6. 前記終了点モニターが、バイオマテリアルの輸注によって生じる椎間円板腔内の伸延圧を測定することによって適切な終了点を検出および／または決定する際に使用される、装置の管腔に結合させた圧力モニターを含む請求項５に記載の装置。
7. 前記装置が、さらに、身体外部のバイオマテリアルの代表的サンプルをモニターすることによって、前記バルーン内に輸注された前記バイオマテリアルの圧を測定できるように適合された圧力モニター成分を含む請求項６に記載の装置。
8. 前記装置が、さらに、前記バイオマテリアル輸注装置と前記バルーンとの間のバイオマテリアルをシャントする際に使用されるアダプターを含む請求項７に記載の装置。
9. 前記バルーンが輸注カニューレ内で折り畳まれた形状で提供される請求項１に記載の装置。
10. カニューレを前記椎間円板腔内の組織に固定することができるように適合させた縦溝が付けられた部分がカニューレに提供される請求項９に記載の装置。
11. ａ）請求項１に記載の１つまたは２つ以上の装置；
    ｂ）少なくとも１つが、円板腔内で元位置で硬化させるために混合し、さらに装置のバルーン部分に輸注することができるように適合された複数の部分を含む１つまたは２つ以上のバイオマテリアル源；および
    ｃ）各々が複数のバイオマテリアル部分を混合し、硬化中の前記バイオマテリアルをバルーン部分の内腔に輸注できるように適合された１つまたは２つ以上の対応するバイオマテリアル輸注装置
    を備えて成る、元位置で人工椎間円板を形成するシステム。
12. 前記バルーンが実質的に非変形性物質で製造された請求項１１に記載のシステム。
13. 前記バルーンが実質的に変形性物質で製造された請求項１１に記載のシステム。
14. 前記物質が成形可能な熱可塑性ポリウレタンから成る群から選択されるブロックコポリマーを含む請求項１３に記載のシステム。
15. 前記装置が、さらに、バイオマテリアル装置のために適切な終了点の指示を提供できるように適合された終了点モニターを含む請求項１１に記載のシステム。
16. 前記終了点モニターが、バイオマテリアルの輸注によって生じる椎間円板腔内の伸延圧を測定することによって適切な終了点を検出および／または決定する際に使用される、装置の管腔に結合させた圧力モニターを含む請求項１５に記載のシステム。
17. 前記装置が、さらに、身体外部のバイオマテリアルの代表的サンプルをモニターすることによって、前記バルーン内に輸注された前記バイオマテリアルの圧を測定できるように適合された圧力モニター成分を含む請求項１６に記載のシステム。
18. 前記装置が、さらに、前記バイオマテリアル輸注装置と前記バルーンとの間のバイオマテリアルをシャントする際に使用されるアダプターを含む請求項１７に記載のシステム。
19. 前記バルーンが輸注カニューレ内で折り畳まれた形状で提供される請求項１１に記載のシステム。
20. カニューレを前記椎間円板腔内の組織に固定することができるように適合させた縦溝が付けられた部分がカニューレに提供される請求項１９に記載のシステム。
21. 全椎間円板の交換を実施する際に使用される１つまたは２つ以上の終板および固定成分をさらに含む請求項１１に記載のシステム。
22. 無菌的に加工処理することができるか、または滅菌、安定保存しさらに使用時に混合して流動性組成物を提供しさらに硬化を開始させることができる複数の部分を含む硬化性ポリウレタンを含む、請求項１１のシステムで用いることができるように適合されたバイオマテリアル源であって、前記部分が、（１）１つまたは２つ以上のポリオール、および１つまたは２つ以上のジイソシアネート、および場合によって疎水性添加物の反応生成物を含む準プレポリマー成分、および（２）１つまたは２つ以上のポリオール、１つまたは２つ以上のチェーン増量剤、１つまたは２つ以上の触媒、および場合によって他の成分（例えば抗酸化剤および染料）を含む硬化用成分を含有する前記バイオマテリアル源。
23. 請求項２２に記載のバイオマテリアル源を用いて使用できるように適合されてあり、さらに前記複数のバイオマテリアルの部分の硬化を開始させ硬化中の混合された部分を１つまたは２つ以上の管腔に輸注するために前記部分を使用時に混合して輸注することができるように適合されたバイオマテリアル輸注装置。
24. ａ）ｉ）前記椎間円板にアクセスし；
    ｉｉ）椎間円板から損傷組織または病変組織を除去して間隙を創出し；
    ｉｉｉ）拡張させることができるバルーン部分、バイオマテリアル輸注装置およびバイオマテリアル源で構成された装置を含む本発明のシステムをもたらし；
    ｉｖ）前記拡張させることができるバルーン部分を前記創出した椎間円板間隙内に導入カニューレを用いて挿入し、ここで前記カニューレは圧縮された形状のバルーンを収納し、さらに前記椎間円板間隙内の組織に固定できるように適合された基部端をもたらし、；
    ｖ）バルーンが少なくとも部分的に前記利用可能な間隙にそれ自体を一致させることを可能にするために適した態様および条件で前記バルーンを前記間隙内に導入し適切な位置に配置する；
    ことで椎間円板を準備し、前記円板にアクセスするステップ：
    ｂ）ｉ）バルーン上を真空にして閉鎖位で前記バイオマテリアルへの液体の流れを作り；
    ｉｉ）硬化を開始させるためにバイオマテリアルの複数の部分を混合し、さらに前記混合され硬化能を有するが未だ流動能を有するバイオマテリアルを、前記混合されたバイオマテリアルの最初の部分をシャントした後でバルーンに充填し；
    ｉｉｉ）バイオマテリアルでバルーンを拡張させ、バルーン内で完全に硬化させて人工器官を形成し、ここでバルーンの充填および拡張並びにバイオマテリアルの硬化は、装置内のバイオマテリアルの液体圧を全工程を通して、一定時間の間および椎間内の伸延を達成および／または維持するために全体としてまたは部分的に十分な圧により制御することによって実施される；
    ことで前記バイオマテリアルを輸注し：さらに
    ｃ）前記システムの不要部分または成分を外科部位から、椎間円板または線維輪を越えて伸長する前記装置部分を切断および除去することによって取り除く
    各ステップを備えて成る、人工の椎間円板または髄核をもたらすための方法：
25. 請求項１１に記載のシステムおよび請求項２２に記載のバイオマテリアル源および請求項２３に記載のバイオマテリアル輸注装置を含む、請求項２４の方法を実施する際に使用されるキット。
26. 前記バルーンを折り畳まれた形状で輸注することができるように適合されたカニューレを含む請求項２５に記載のキット。
27. 前記カニューレを前記バルーンから切断するための装置をさらに含む請求項２６に記載のキット。
28. 割れ目修復装置をさらに含む請求項２７に記載のキット。
29. 前記割れ目修復装置がポリ（ビニルアルコール）から製造される線維輪詰め物を含む請求項２８に記載のキット。

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