JPH05508333A - 人工椎間板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人工椎間板 免豆二１１ 本発明は移植可能医療装置分野、より詳細には人工椎間板として有用な装置を指 向するものである。

人工椎間板はを椎中に在って重要な安定装置及び椎体間の力分配機構として働く 、椎間板無しでは関節構造異常及び関節炎の早期進行と共にを椎間隙の崩壊（ｃ ｏｌｌａｐｓｅ）が起こる。

従来の技術方法に於ける負傷若しくは疾患椎間板の治療には、化学分解方法及び 後にを椎崩壊若しくは不安定性を防ぐ為の骨融合がしばしば行われる外科的切除 が含まれる。切除によってはを椎組織の意味ある再生が起こらない、他の点では 異状のないを椎中の疾患椎間板の取替えは、関節炎を防ぎを髄分節を安定するこ とができる。疾患を椎に於ける椎間板の取替えは病気の進行を遅くし又痛みの緩 和を提供することができる。

他の従来の技術の取替え方法に於て、椎間板は人工物質からなる人工装具により 取替えられる。を椎に於ける完全な人工物質の使用は免疫拒絶反応の可能性を最 小限にする。更にかかる物質は、を椎関節に繰り返しかかる高い負荷に耐えるこ とができる構造物を作り出すことを可能にし、関節機構を生物物質では耐えられ ない有益な方法をもって変化させることもできる０例えば、チタン（Ａｌｂｒｅ ｋｔｓｓｏｎ等　（１９８１）　Ａｃｔａ　０ｒｔｏｐ、　５ｃａｎ、５２：ｌ ５５−１７０）、アクリル（Ｃ１ｅｖｅｌａｎｄ　（１９５５）　Ｍａｒｑｕｅ ｔｔｅ　Ｍｅｄ、　Ｒｅｖ、　２０：６２；　Ｈａｍｂｙ等　（１９５９）　Ｊ 、Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ、　１６：３１１）、ポリテトラフロロエチレン−炭素繊 維（Ａｌｔｔａｌｏ　（１９７９）　Ａｃｔａ　Ｖｅｔｅｒｆｎａｒｆａ　５ｃ ａｎｄｉｎａｖｉｃａ　５ｕｐｐ１．７１：１−５８）、及びスチール円板（Ｆ ｅｎｓｔｏｒｓｍ　（１９７３）　Ａｃｔａ　Ｃｈｉｒ、　５ｃａｎｄ、　４： １６５−ｌ８６；仏特許第４．３４９．９２１号）が切除された椎間板の代わり に用いられている。これらの努力のそれぞれは続いて起こる椎間板間隙の崩壊若 しくは金属人工装具の周囲の骨への侵食により失敗に終わっている。

人工椎間板は又シリコーンゴム（例、　Ｅｄａｌａｎｄ　（１９８５）Ｊ、Ｂｉ ａｍｅｄ　Ｅｎｇ、ヱ：５７−６２；　５ｃｈｎｅｉｄｅｒ等　（１９７４）　 Ｚ、０ｒｔｈｏｐ、１１２＋１０７８−１０８６；　１ｌｒｂａｎｉａｋ等　（ １９７３）　Ｊ、　Ｂｉａｓｅｄ、　Ｍａｔｅｒ、　Ｒｅｓ、　Ｓｙｍｐｏｓｉ ｕｍ　４：１６５−１８６）等の弾力性のある物質から製造されている０円板は 又米国特許第３，８７５，５９５号及び第４．７７２，２８７号に公開されてい るような袋状物質を形成する為に弾力性プラスチック材料からも作られている。

しかしながら、十分な安定性及び通常の生体関節機構を回復することができない 為に成功には至っていない、米国特許第４．３４９，９２１号に開示された多孔 性エラストマー材料は通常の椎体機構を再現することに失敗している。

一般に椎間組織を人工材料からなる構成物により置き換えることは、主にヒト及 び動物の関節の対向する椎骨締板（ｅｎｄ　ｐｌａｔｅｓ）が壊れ易いという理 由から成功していない。を椎中の締板は、従来の技術による人工円板の植え込み に起因する証拠がある摩擦界面及び通常のコンプライアンスからの変動に耐える ことができない、付は加えれば、関節にかかる負荷は体重の何倍にもなり、背骨 の場合は、年間に典型的には百方サイクルを越えるものになる。これまでのとこ ろ従来の技術による人工円板は、かかる日常的負荷に耐え得るほどの十分な柔軟 性若しくは耐久力は無く、かかる負荷に耐えるのに十分に安全な位置に設置する こともできない。

一般に人工装具は、それが置き替わる組織の少なくとも幾つかの構成要素若しく は身体に免疫原性が無いと思われる原料から案出される０例えばＹａｎｎａｓ等 は移植用血管（米国特許第４，３５０．６２９号）、合成皮膚（米国特許８；　 Ｙａｎｎａｓ　（１９７９）　Ａｍ、　Ｃｈｅｗ、　Ｓｏｃ、　１６：２０９） を多（の身体臓器の生化学的構成要素であるコラーゲン及びグリコサミノグリカ ンから作り出している。これらの組織物を構成する孔経並びに孔及び繊維の軸を 調節することにより体内組織の再生を誘発することができる。更なる再生は植え 込みに先立ち神経誘導装置をシェバン細胞と共に接種（ｓｅｅｄｉｎｇ）するこ とにより進歩した。しかしながら解剖学に根ざした椎間板以外の構造物の復元に 用いられる従来の技術をもってしても、人工円板の構造に適していて自然材料か ら作られるものは未だ成功裡に発達していない。

従って、代置椎間板若しくは人工椎間板を提供することが本発明の目的である。

他の目的は、通常の椎分節の動きを邪魔しない（というのはそれが動きの範囲の 限定若しくはを柱内の他の場所への力の集中若しくは対向する椎体の不安定性に つながり進行性関節炎による破壊の機会を増大するからであるが）向上した代置 椎間板若しくは人工椎間板を提供することである。

また他の目的は、を柱にかかる通常の力に生体力学的に耐えることができ、その ような負荷に於て対向する綿板を保護し関節を安定するように機能する向上した 代置椎間板若しくは人工椎間板を提供することである。

また他の目的は、椎間板物質の再生を促進し線維軟骨侵入の為の骨組みとなる向 上した代置椎間板若しくは人工椎間板を提供することである。

更なる目的は、免疫拒絶反応を誘発しない若しくは他の関節組織を悪化させない 向上した代置椎間板若しくは人工椎間板を提供することである。

また更なる目的は、標準的外科技術により容易に植え込みができる向上した代置 関節間軟骨若しくは人工関節間軟骨を提供することである。

ｌ艶立ｌ上 本発明は椎間板の形態及び役割を担うを椎埋め込み用生体適合性及び生体分解吸 収性製造物を提供する。この基質（ｍａｔｒｉｘ）は椎間線維軟骨細胞の再生を 促進し椎間板組織の再生の為の骨組みを提供する。

人工円板は生体適合性及び生体分解吸収性繊維の乾燥多孔性立方基質からなる。

基質は生体内で実質的に通常の椎間板と同じ外表面輪郭を持つように適応できる 。繊維の一部は架橋していることがある。

繊維は天然繊維若しくは生合成繊維のような天然繊維の類似物質若しくは合成繊 維若しくはその混合物である。生合成繊維は、例えばコラーゲンのような組換え たんばく質をコード化する遺伝子を持つたんぽ（質発現可能な適切な宿主細胞の トランスフエクシ目ンを含むＤＮＡ組換え技術により生産されるものである０合 成繊維は自動ペプチド合成法のような化学的方法により生産されるものである０ 本発明の１つの具体例に於て、基質繊維は例えば動物若しくはヒト組織から得ら れる天然分子のポリマーである。同じ目的に有益な天然繊維には好ましくはコラ ーゲン、エラスチン、レチクリン、及びその混合物が含まれる。

本発明のある形態に於て繊維は、基質中不揃いに配列されることもあれば、ある 部分だけ秩序づけられることもある。繊維はあるいはまた、人工円板中を通し実 質的に円周状に伸びる配列であることもあり実質的に放射状に伸びる配列である こともある。

基質は又繊維の間に散在させられたグリコサミノグリカン分子（ＧＡＧｓ）を含 む場合がある＠　Ｇ　Ａ　Ｇ　ｓは潤滑性を与えるムコ多塘体分子で人工円板の 架橋中に含まれることがある。本発明の一つの好ましい面に於て、コンドロイチ ン４−サルフェート、コンドロイチン６−サルフェート、ケラチンサルフエ−１ ・、デルマタンサルフ工−ト、ヘパラン−サルフェート、ヘパリン、ヒアルロン 酸、及びそれらの混合物等のＧＡＧｓが円板の構成要素を形成する。ＧＡＧＳは 個々の分子として人工円板中に均一に分散させられるか若しくはその構造物中の 異なる部分に異なる量で存在する。

本発明の様々な形態に於て、ＧＡＧｓは直接繊維との共役架橋に関与するか、若 しくはもつれさせるもの（ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ）の形態若しくは連動機構 により繊維と機械的に相互作用し、それにより様々の安定な繊維−ＧＡＧ錯体を 作る。

基質は乾燥重量にして約７５〜１００％の天然及び（又は）合成繊維並びに約０ 〜２５％のＧＡＧｓを含むことがあり、その比率は構造物中で一定若しくは不定 である。

本発明の好ましい具体例に於て基質は約０．０７〜０、　５０　ｇ　ｍａｔｒｉ ｘ／ｃｍ″の密度を有する（ここで”ｇ　ｍａｔｒｉｘ／Ｃ１１″”は基質１立 方センチメートル当たりのグラム数を意味する単位である）、更に基質は、繊維 間及び繊維的間隙として約２５　ｇ　ｍａｔｒｉｘ／ｃｍｌ□を有することがあ る。

本発明の他の形態に於て人工円板は更に、基質の外表面の側面に付着する生体分 解吸収性及び生体適合性物質から構成されるメツシュを包含することがある。メ ツシュは一時的な固定機能を提供することにより人工椎間板のを椎間隙への成功 理の植え込みを援助する。

本願発明は又生体内での椎間板組織再生方法も包含する。この方法は上述した形 式の人工椎間板を製造すること及びそれを外科的方法によりを柱中に植え込むこ とを包含する０人工円板の存在が椎間板組織の成長を刺激する。

更に本発明は上述した様式の人工椎間板を製造する方法を包含する０本方法は、 一般的に言って複数の繊維若しくは繊維及びＧＡＧｓをを椎機能に有益な形状を 持つ鋳型内に設置し、鋳型中の繊維（及びＧＡＧＳ）に２サイクルの凍結及び解 凍を為し、繊維若しくは繊維及びＧＡＧｓをそれらが鋳型の形状になるように架 橋用化学溶剤と接触させ、結果として得られた製造物を凍結乾燥し乾燥多孔性立 方基質を得ることを包含する。

繊維はそれらが鋳型中に置かれる時に鋳型を回転することにより円周配列状に形 作ることができる。あるいはまた、鋳型中の繊維を回転ピストンにより圧縮する こともできる。繊維の放射状配列は繊維を手動式に直線放射状様式に塗る（ｐａ ｉｎｔ）することにより生み出される。

基質の様々な部分の比密度（ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ）及び孔径 は、２回目の凍結−解凍サイクルの前、及び化学的架橋段階のすぐ後、に鋳型中 の繊維若しくは繊維及びＧＡＧｓを圧縮することにより得ることができる。これ は基質のある部分にあらかじめ決められた形状のピストンにより圧力を加えるこ とにより為すことができる。

本発明の好ましい面に於て、架橋段階には分子内及び分子間架橋を形成する化学 薬剤が用いられる。有益な化学薬剤には、例えばグルタルアルデヒド、ホルムア ルデヒド、生体適合二機能性アルデヒド、カルボジイミド、ヘキサメチレンジイ ソシアネート、とスーイオニデート、グリオキサル、ポリグリセロールポリグリ シジルエーテル、グリオキサル、及びそれらの混合物が含まれる。

特に有用な架橋剤は１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）ポリグリ セロールポリグリシジルエーテル、アシルアジド、グルタルアルデヒドである。

本発明の他の面に於て、追加架橋段階は化学的に架橋された円板を凍結乾燥し、 次にそれを脱水素加熱架橋（ｄｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｃｒｏｓｓ−１ｉ ｎｋｉｎｇ）方法にかけることにより為される。

本発明は次に確実に例証された具体例に関連づけて説明される。しかしながら様 々な修正、追加、及び削除が本発明の精神及び範囲から逸脱せずに為すことがで きることは明らかである。

ｉに！皇皇１ｊ 本発明の前述した及び他の目的、それらの様々な特徴は本発明そのものと同様に 、添付された図面つまり、図１はヒトを椎中の本来の位置にある椎間板の通常の 在り様を示す簡単な図面であり、 図２は本願発明に従った典型的な人工椎間板の透視画であり、 図３は図２の人工椎間板の３−３のラインに沿った断面図であり、 図４は別の典型的人工椎間板の透視画であり、図５Ａはメツシュ構材を含む別の 典型的人工椎間板の透視画であり、図５Ｂは図５Ａの人工椎間板の５Ｂ−５Ｂの ラインに沿った断面図であり、 図６は人工椎間板を作る為の典型的鋳型の断面図であり、 図７は人工椎間板を作る為の代わりとなる鋳型の断面図である、 と共に以下の説明を読むことからより十分に理解されるだろう。

１旦１ＪすＬ１五Ｊ 生体適合性及び生体分解吸収性繊維から作られた人工椎間板は通常の関節動作及 び強度を提供するように椎間間隙に外科的に植え込むことができることが発見さ れた。この人工椎間板はまた。植え込まれた装置の物理的特徴によりその内部成 長が助長される椎間板組織再生の為の骨組みとしても働く、植え込みに続き、組 織の内部成長、再生、そして最終的には骨組みが再吸収され自然の椎間組織が残 る。

図１はヒトの椎体１２０及び１３０間の椎間間隙１１０中の椎間板１００の通常 の位置を示している。典型的人工椎間板２００は図２に示されている０円板２０ ０は普通中心軸１０の回りに円周状に延びる乾燥多孔性立方基質である。ここに 使われるｒ立方基質１という言葉は、（２次元方向に互いに比較できる大きさく ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｌを持つが３番目の方向には比較的僅かな大きさしか持た ないシート状基質と比較して）３次元方向に互いに比較できる（しかし必ずしも 等しいとは限らない）外容積（Ｏｕｔｅｒ　ｄｉｍｅｎｓｆｏｎｇ）により特徴 づけられる多孔性の配列（ａｒｒａｙ）を言う。

好ましい形態に於て、植え込み以前の人工椎間板２００は、軸１０の回りに円周 状に延びる円筒パッドの形をしており、比較的低コンプライアンスの周囲部分１ ４が回りに配置された比較的高コンプライアンスの中心部分１２からなる０図２ に於て部分１４及び１６の分離地点は、普通その移り変りは緩やかであるけれど も破線１７により一般的に示されている。好ましい形に於て、（示されているよ うに）円板２００の上表面及び下表面はそれが円周の端に於て最大高さＡ（凡そ ８１１１１１並びに最大半径Ｃ（凡そ３５■）を持つように凹面になっている。

図３は図２に示された人工椎間板の３−３のラインに沿った断面図である。

図４は図２に描写された人工円板２００に構成状類似した本願発明の追加具体例 ２２０を示すものである９人工椎間板２２０は円板２００に似ているが、上下表 面は凸面であり更にその側面から延びるメツシュ構材２０を包含する。メツシュ 檎材２０は生体適合性及び生体分解吸収性物質から構成される。植え込みに引き 続き、円板２２０をその場に固定する為にメツシュ構材２０を周囲の組織と縫合 することができる。メツシュ檎材２０は十分な組織の内部成長が起こりその役目 を果たすことができるようになるまでその代わりをすることができる。メツシュ 構材２０の固定機能は一時的なものに過ぎないので、メツシュ構材２０はポリグ リコナート、デクソン、ポリジオキサン（ＰＤＳ）のような吸収性縫合物質をメ ッシェに縫い込んだものからなる＃１メツシュスクリーンでもよい、あるいはま た、引き伸ばされたポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）のような非吸収性縫 合物質を用いることも可能である。

図５Ａ及び５Ｂは、図１の具体例に似てはいるが凹面の上表面及び平らな下表面 を持つまた別の具体例２３０を示している。他の組み合わせもまた用いることが できる。

本発明の他の形態に於て、完全円筒形以外の形をさらに用いることができる０例 えば、もし円板の部分的取替えを試みるならば（軸１０の回りに）完全に３６０ ′のパッドを使用することは要求されない、角のある分節様式の円板の為に、円 筒形は軸１０の回りの０から３６０度のどの角度にも対応することができる。し かしながら基質は、植え込まれた際に少なくとも上下表面が実質的に自然の椎間 板の形態若しくは輪郭を帯びるような特徴を持っていることが重要である。

本発明の様々な具体例は一定のコラーゲン繊維の密度及びＧＡＧ分子の分散度及 び異なる圧縮レベル、内部成長速度、弾性に耐える架橋を有する。異なる密度は 、均一の密度を持つ装置が植え込まれ、身体の負荷が不均一の圧縮を装置に与え る生体内で得られる場合がある。あるいはまた人工円板は、生体内の形状が望ま れる機能に必要とされる望ましい間隙密度及び分散を提供するように、最初から 不均一な構造物として製造される場合がある。

人工椎間板は天然材料、その類似物質、若しくは合成材料等の如何様な生体適合 性及び生体分解吸収性繊維からも作ることができる。その繊維は組織内部成長を 助長する一方で機械的強度、保護、円滑性を提供できるようにポリマーの形であ ることが好ましい、かかるポリマー繊維には例えば、コラーゲン、レチクリン、 エラスチン、セルロース、及びそれらの生合成類似物質が含まれる。これらの繊 維は、実質的に円周状に延びる若しくは実質的に放射状に延びる配列に、基質中 を通し実質的に均一な繊維密度で整然と配置される。基質繊維はあるいはまた不 規則に配置されることもある。規則的若しくは不規則的配置どちらであっても繊 維の密度は不均一である場合がある。不均一配置の場合、高圧力が予想される地 点に比較的高密度で線維が配置される。

本発明の他の面に於て、繊維的間隙（つまり１つの繊維内の間隙）及び繊維間間 隙（つまり複数の繊維の間の間隙）は比較的高く、それは再生椎間板組織の内部 成長を促進するものである０例えば椎間板の密度は約１０〜２５　ｇ　ｍａｔｒ ｉｘ／ａｍ”の範囲である。あるいはまた繊維内及び繊維間間隙は比較的低く、 それは椎間間隙に優れたクッション、円滑性、及び機械的支持を提供し、一方で 組織及び細胞の内部成長を妨げそれにより骨組みの吸収速度を遅くする（例えば 密度は約２〜１０ｇ膳ａｔｒＬｘ／ｃｍ”の範囲である）。

生体内に於ける製造物の形状の一時的安定性及び円板吸収速度は共に、少なくと も繊維の一部分間の架橋形成の効果性に起因する。上述した繊維材料と共に用い られる架橋剤は、１つの分子内架橋を形成する繊維内のアミノ、カルボキシ、若 しくはヒドロキシル基、或いは複数の繊維、或いは繊維及びＧＡＧｓと相互作用 し結果として隣接する分子との間で共有結合を形成する（分子間架橋）どのよう な生体適合三機能性薬剤でもよい、有益な架橋剤にはアルデヒド、ヘキサメチレ ン、ジイソシアン酸塩、ビスイミデート、ポリグリセロールポリグリシジルエー テル、アシルアジド、カルボジイミドである。

架橋された装置は自然の椎間板の特性を模倣するのに十分な程度の親水性及び弾 性を保持する、つまり機械的強度の維持並びに関節表面を保護及び円滑にする能 力がある。加えて、その構造は細胞侵入並びに細胞外基質合成及び沈着に理想的 な環境を提供し、その結果椎間板組織の再生が起こる。

ＧＡＧｓは繊維中全体に分散されることがある。あるいはまた、それらは繊維間 で分子間架橋として働く場合もある。これらのＧＡＧｓには典型的にコンドロイ チン４−サルフェート、コンドロイチン６−サルフェート、ケラチンサルフェー ト、デルマタンサルフェート、ヘパラン−サルフェート、ヘパリン、ヒアルロン 酸から成る分子グループのうち少なくとも１つが含まれる。ＧＡＧ架橋の分散は 均一であることが好ましいが、高圧力が予想される場所、特に周囲部分１４では より濃縮され、中心部分１２ではより分散されている場合がある（図２）。かか る配置に於て、ＧＡＧｓ１度は末梢部１４で約０〜２５％の範囲、及び中心部１ ２で約Ｏ〜１０％の範囲であることがある。しかしＧＡＧｓの分散が均一の場合 には、それは人工椎間板中を通し例えば１〜１５％の範囲であることがある。

分子間架橋はまた、リジン若しくはヒドロキシリジンのイプシロンアミノ基並び にアスパラギン酸若しくはグルタミン酸のカルボキシ基間のペプチド結合を生じ る脱水素加熱方法（加熱及び減圧）によっても生じる。

架橋結合された円板は約５５〜８５℃という比較的高い熱安定性を有し、これは 十分な生体内安定性のためには約６５〜７５℃であることが好ましい。これは薬 剤濃度、温度、ｐＨ１反応時間を含む架橋条件の操作により得ることが可能であ る（例工参照）。

一つの具体例に於て、人工椎間板は主にＧＡＧ架橋の無いｒ型コラーゲン繊維に より作られる。■型コラーゲン繊維は動物アキレス鍵から得ることができる。し かしながらこの繊維は動物の皮膚或いはヒトの皮膚若しくは鍵からも得ることが できる。この組織は非コラーゲン物質を全て除去する為若しくはそれらを最小限 レベルにまで減少させる為に幾度もの機械的及び化学的処理を受ける。好ましい 方法に於て震若しくは皮膚はまず更なるプロセスに有益になるように細かい部分 に機械的に分解される。この分解はその組織を液体窒素温度ですり砕くか若しく は鋭利な刃物で細断することにより為される。ある応用に於て脚は、１１！械的 強度のある繊維長さを保持する為に縦方向に機械的に分断される。

中性ｐＨに於ける鍵の塩抽出は、新たに合成され未だ安定した筋原繊維中に組み 入れられていないコラーゲン分子のいくらかを取り除（、塩はまた静電作用によ りコラーゲンと結合している糖たんばく質及びプロテオグリカンのいくらかを取 り除＜、ＫＣＩのような他の塩をＮａｃｌの代わりに用いることもできる。

細胞膜若しくはコラーゲン基質と結合している脂質は、最初にトライトンＸ　− １００（Ｓｉｇｍａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ、。

Ｓｔ、　Ｌｏｕｔｓ、　Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）等の洗剤、次にエーテル−エタノー ル混合物、による抽出により除去することができる。

トライトンＸ−１００の濃度は普通的２〜４％であるが、約３％であることが好 ましい、好ましいエーテルーエタノール混合率は昔通約１：１（ｖ／ｖ）である 、抽出時間は普通８〜９６時間であり、約２４〜４８時間であることが好ましい 。

更なる抽出は両極ｐＨで行われる基質膨潤により為される。酸性及びアルカリ性 膨潤は共に非共有結合分子間作用を弱め、コラーゲン基質の開孔を通し非共有的 に付着している糖たんばく質、ＧＡＧｓ、及び他の非コラーゲン分子を離脱させ ることを容易にする。アルカリｐＨに於けるコラーゲン基質の膨潤は、コラーゲ ンを高ｐＨでＣａ　（ＯＨ）ｓ、　Ｎ　ａ　ＯＨ等と８〜９６時間処理すること により遂行される−（ＣＨｓ）ＮＣＩ若しくはＮＨ，Ｓ０４のような三重らせん 安定化用塩（ｔｒｉｐｌｅ−ｈｅｌｉｃａｌ　ｓｔａｂＨｉｚｉｎｇ　５ａｌｔ ｓ）の存在下でのアルカリ抽出はコラーゲン変性の潜在的危険性を減少する。ア ルカリ処理は非架橋糖たんば（質及びＧＡＧｓをコラーゲン基質より分離する。

アルカリは又鹸化により残留脂質を除去する作用がある。

酸膨潤は酢酸、ＭＣＩ等の酸存在下の低ｐＨで行われる。アルカリ処理と同様に 、膨潤により非架橋糖たんばく質及びＧＡＧｓを除去することができる。

分子の非三重らせん部分（テロペプチド）は分子間架橋形成に関与している。そ れらは弱い抗原であり、ペプシン及びトリプシン等のプロテアーゼによる作用に 感受性がある。かかるプロテアーゼによる長時間の分解は筋原繊維（繊維）を個 々の分子に分離する。しかし、もし分解プロセスが完全な分離無しに最大限のテ ロペプチドを除去するように適切に制御されるならば、機械的強度を犠牲にする ことなしに筋原繊維の免疫原性特性を最小レベルにまで減少することができる０ 例えばコラーゲン分子を分離する為には普通、ペプシンによる皮膚若しくはアキ レス鍵の分解を室温以下で酵素：コラーゲン比的１：１０に於て約２４〜９６時 間に渡り行う、これに比較して筋原繊維は、４℃で約１：１００（酵素：コラー ゲン）に於て約２４〜９６時間に渡り行われる制限ペプシン分解により得ること ができる。

この方法に従って得られるコラーゲン繊維は次に本願発明の人工椎間板作成の為 に使用される。しかしながら、生合成的に製造されたコラーゲン若しくはその類 似物質等、他の源から得られるコラーゲンも又人工椎間板の作製に用いることが できることは理解されなければならない。

作製方法の一つには、例えば図６及び７に関連して以下に説明される鋳型を用い て予め決められた形にコラーゲン繊維を型にするものが含まれる。繊維は無作為 に、若しくは特定の構造特性を有する椎間板を作り出すように適応されて、鋳型 中に設置される。架橋反応に関与するＧＡＧｓ等の他の成分を、製造物を化学的 方法及び（又は）脱水素加熱方法を含む様々な架橋方法にかける以前に、無作為 若しくは非無作為の様式で繊維と共に混合することができる。

ここから４段落下に記された方法を用いることにより、下の表１に記載された特 性を持つ図２若しくは３に示された形状の人工椎間板を作製することができる。

［表１コ 携１］卸ｉ上 高さＡ＝５〜１２諺■ 半径Ｃ＝１０〜２５■Ｉ 密度　＝０．０７〜０．５ｇ／ｃ■８ 筋原繊維内筋原繊維織維間間隙 ＝　２〜２５ｃｍ″／ｇ　ｍａｔｒｉＸ１丘亘１ 繊維含有量　＝　７５〜１００％ グリコサミノグリカン含有量　＝　０〜２５％人工円板を生体内及び生体外に於 て、その物理的機能若しくは繊維軟骨細胞（これはその後繊維軟骨性基質の為の 前駆細胞として働くと思われる）の為の再生鋳型となる機能を測定した。これら の研究は人工円板が人工材料を通し繊維軟骨細胞浸潤及び椎間板再生を可能及び 誘発することを証明する。

以下の非制限的実施例は本願発明の人工椎間板の作製方法及び生体内使用方法を 記述する。

１二１ 鋳型作製 人工椎間板を作製するのに有益な鋳型は、植え込み可能なステンレス鋼或いはポ リプロピレン、デルリン、若しくはこれらを組み合わせたものからできている。

模範的鋳型３００及び３００°は、図６及び７に見られるように３つの部品３０ ２．３０４．３０６から構成される図６の鋳型３００は、図５Ａ及び５Ｂに描か れた円形椎間板の為の例として用いられる０部品３０２は円形をしており所望さ れる椎間板と実質的に同じ直径を有している。部品３０２は圧力下で液体を通す 為に穴が開けられている。部品３０２の内面３０３は所望される椎間板の片側の 形状を有している。

部品３０４は部品３０２と同じ内寸法を有する中空のシリンダーである０部品３ ０６は部品３０４の内径より僅かに少ない外径を有する円筒形ピストンである。

ピストン３０６の「トップ１若しくは最頂部表面は所望される椎間板の片側の形 状を有している。

平らな上及び下表面を有する椎間板の為には、部品５０２及び５０４が図６の部 品３０２及び３０４と同一で部品５０６が図６の部品３０６と類似しているが平 らな最頂部表面５０８を有する図７の鋳型５００が使用される。

人工円板２３０製作の間に、鋳型部品３０２は最初に図６に示されるように部品 ３０４の中に組み入れられる、構成成分である繊維（液体中）は部品３０２の面 ３０３に対向して置かれる０次にピストン３０６の最頂部表面３０８は繊維が圧 縮されるまで圧縮軸に沿って面３０３に向かって押され、液体分は部品３０２を 通し排出され、所望される軸寸法の圧縮繊維配列が得られる０次に鋳型は架橋の 準備の為に凍結される。

匠ユ Ｉ型コラーゲンの精製方法 ウシ、豚、若しくは羊のアキレス履は米国農務省承認屠殺場から入手した。それ らの動物の好ましい年齢は１２〜１８か月の間である。その組織は精製プロセス の間、バクテリア汚染及び組織分解を最小限にする為に明記されたところを除き 低温に保った。

注意深（選別された鍵に付着する組織を最初に機械的にそぎ取った６次に鍵を細 分若しくは細かい部分に切断し、血中たんばく質及び水溶性物質を除去する為に 過剰量（約１０倍容）の冷水で洗った。

洗浄した鍵を、塩溶性物質を除去する為にｌＯ倍容の５％ＮａＣ１，０，ＯＩＭ Ｔｒｉｓ、ｐＨ７，４で２４（±４）時間抽出した。塩抽出された鍵を約ｌＯ倍 容の水を用いて塩を除去する為に繰り返し洗浄した。

脂質を抽出する為に、原料を３％トライトンＸ−１００で２４（±２）時間抽出 した。洗剤を水による入念な洗浄により取り除いた０次に更に脂質含有量を減少 させる為に、この原料を３〜４倍容のエーテル−エタノール（１：　１　ｖｏ１ ／ｖｏｌ）で２４（±２）時間抽出した。脂質を抽出された原料を、エーテル及 びエタノールを除去する為に、入念に洗浄した。

次にこの原料を非コラーゲン物質を取り除く為に両極ｐＨ抽出にかけた。アルカ リ抽出を、１．０Ｍの（ＣＨ、）ＮＣＬの存在下でｐＨ１２，５〜１３．５の３ 〜４倍容の０．２ＭＮａＯＨを用い攪拌しながら室温で２４（±２）時間行った 。

アルカリ抽出の後ＭＣＩを用いてｐＨを中和し、原料を水で洗った１次に濃酢酸 を最終濃度が０．５Ｍになるように添加し、ｐＨを２．５〜３．０に調節した。

酸抽出を攪拌しなから２４（±２）時間行った。

次に酸膨潤した鍵をペプシンによる制限たんばく質分解（酵素：コラーゲン＝１ ：１００）に２４（±２）時間かけた。ペプシン及び結果として生じたテロペプ チドを透析により除去した。

次に膨潤繊維原料を１ＭＮａＯＨ若しくはＨＣＩを用いｐＨをその等イオン点に 調節或いはＮａＣ１を用いイオン強度を０．７に調節することによりコアセルベ ートした。凝集したコラーゲン繊維をろ過により採取し、そのろ過された物質を 低温りん酸緩衝食塩水で入念に洗浄した。高度に精製されたこの１型コラーゲン は使用するまで−２０〜−４０で保存することができる。

医」。

装置１の作製 Ａ）例２かもの高度に精製されたＩ型コラーゲン筋原繊維のコラーゲン含有量は 、重量分析方法若しくは■型コラーゲン中のヒドロキシプロリンの量を１３．５ ％重量％と仮定しヒドロキシプロリン含有量をめることにより決定された６次に 与えられた密度の人工椎間板装置を製作するのに必要とされる精製原料の量が決 定され重さを計測した。

Ｂ）繊維性コラーゲン溶液を、明記された寸法を持つ所望される鋳型（鋳型の説 明は例１及び図６参照）中に注意深（設置した。コラーゲン繊維を無作為若しく は規則的様式で設置した。規則的様式に於て繊維の円周状様式は、原料が鋳型中 に圧縮される際に主軸回りのピストンの回転により生じ、放射状様式は直線性放 射状傾向のコラーゲン繊維の手動塗布により生み出される。

Ｃ）繊維を一２０℃で凍結し、鋳型から出し室温で解凍した。

Ｄ）次に繊維をりん酸緩衝食塩水中に再び懸濁し、所望される様式の鋳型に戻し ピストンにより圧縮した。

Ｅ）次に圧縮した繊維を一２０℃で再び凍結し、次に室温で解凍した。

Ｆ）結果として得られた製造物を０．２％グルタルアルデヒド溶液、ｐＨ７，６ に２４時間浸すことにより架橋した０次にそれぞれのグルタルアルデヒド−架橋 人工円板をｐＨ７，４の５００■１りん酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）で４．８．２４ ．４８時間に渡り繰り返しゆすいだ。

Ｇ）次にこのゆすいだ基質を凍結乾燥した。

装置の作製 Ａ）〜Ｅ）Ｃ例３に同じ） Ｆ）製造物を４℃の０．５Ｍ亜硝酸ナトリウム、０゜３ＭＨＣｌ、及び（０Ｍ％ ０．３４Ｍ、１．ＯＭ、若しくは１．３４Ｍ）ＮａＣ１の水溶液に３分間浸した 。

匠五 装置２の作製 Ａ）〜Ｇ）（例３に同じ） Ｈ）凍結乾燥した基質を減圧及び加熱することにより脱水素加熱架橋反応にかけ た。最初に残余水分量を最小レベルにまで削減する為に減圧を用いた。ある程度 （約３％）の構造水（ｓｔｒｕｃｔｕａｌ　ｗａｔｅｒ）は構造安定要素の一部 としてなおコラーゲン三重らせんと結びついている場合がある。加熱は１１０℃ （±５℃）になるまで段階的に行い、その後は１１０℃を減圧状態で２４（±２ ）時間保った。

汎互 装置３の作製 Ａ）（例３に同じ） Ｂ）コラーゲン基質をｐＨ２，０〜２．５の０．０１ＭＨＣｌ中に分散した。

予め決定した量の様々なＧＡＧｓを計量し水に溶かした。例えば、０．２５ｇ／ ｃｍ”という与えられた密度の為にはコラーゲン含有量は０．２４４ｇであり、 ヒアルロン酸含有量は０．００３ｇであり、２．５％ＧＡＧ含有量の為のコンド ロイチン含有量は０．００３ｇである。ＧＡＧ溶液をコラーゲン溶液と混合し１ 例２に記されたように所望される配列で鋳型中に設置した。

Ｃ）〜Ｇ）（例３に同じ） 装置４の作製 Ａ）〜Ｃ）（例３に同じ） Ｄ）（設置した繊維を圧縮しない点を除き例３に同じＥ）〜Ｇ）（例３に同じ） 匠亙 装置５の作製 Ａ）〜Ｅ）（例３に同じ） Ｆ）固めなコラーゲンを５０％エタノール中の５％ポリグリセロールポリグリシ ジルエーテル及びｐＨ１ｏの０　、　１　Ｍ　Ｎ　ａ　＊　ＣＯ−中で２４時間 架橋した。架橋した装置をそれぞれｐＨ７，４の５００１１Ｐ　Ｂ　Ｓで４．８ ．２４、及び４８時間ゆすいだ。

Ｇ）（例３に同じ） 匠旦 装置６の作製 Ａ）〜Ｅ）（例３に同じ） Ｆ）固めなコラーゲンを、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カ ルボジイミド（１０Ｂ／ｇ　ｍａｔｒｉｘ）存在下のｐＨ４，７の０．９％Ｎａ Ｃｌ溶液中で室温に於て２４（±２）時間架橋した。カルボジイミドの添加は３ 〜４時間毎に行い、それぞれのカルボジイミドの添加後ｐＨを４．７に調節した 。

Ｇ）（例３に同じ） 匠エヱ ・・装置７の作製 Ａ）〜Ｄ）（例２に同じ） Ｅ）取り付は目的の為に、鋳型の大きさに合ったメツシュ状吸収性ポリグリコネ ート縫合材料を、作製物周辺から押し出て椎体に伸びるスカート状のおおいを形 作るように、分散されたコラーゲン中に置いた。このメツシュは直接の取り付は 場所及び長期間の繊維内部成長を共に提供する。

Ｆ）〜Ｇ）（例２に同じ） 医ユ」２ 生体外試験 椎間板を成長したヤギ若しくは犬から無菌的に採取し、周辺組織を全て取り除き ゲイ平衡食塩水（Ｇｅｙ’ｓ　ｂａｉａｎｃｅｄ　５ａｌｉｎｅ　５ｏｌｕｔｉ ｏｎ）中に浸した。各々の椎間板を冠状面で２分しそのそれぞれに３ｍｍ厚の円 状欠損を作った。

その欠損をコラーゲンを基とした複合基質の２つのうちの１つの原型の凝固物（ 直径３ｍｍ）で満たした。それぞれの円板を１０％ウシ胎児血清、アスコルビン 酸ナトリウム及び０．１％ペニシリン／ストレプトマイシンで補充した６層１の ダルベツコ修正イーグル培養液（Ｄｕｌｂｅｃｃｏ　’ｓ　Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　 Ｅａｇｌｅ’ｓ　Ｍｅｄｉｕｍ）を含有する６ウエル培養プレート中に入れた。

培養物を１０％ＣＯヨ／９０％空気の湿った大気中で３７℃に保ち、１週間に３ 度栄養分を与え、培養細胞移植片の形成を妨げる為に毎週新しい培養ウェルに入 れ替えた。培養開始から１．４、及び６週間のインターバル後、それぞれのグル ープから３個の椎間板を取り除き、固定し、連続切片及び染色により評価した。

新しいコラーゲン及びグリコサミノグリカンの形成がアルシアンブルー及びマラ ソン三色染色により組織学的に証拠づけられた。

この結果は時間経過につれ増加する細胞移動及び侵入を証明する。原料からの明 らかな毒性は無い。骨組み中への細胞侵入の深さは人工複合物の密度により限定 されると思われる。

匠エユ 生体内試験 最初に成長したヤギの頚椎板を切除し、外科的に人工板と取り替えた。このヤギ は手術後１日のうちにフルケージ活力（ｆｕｌｌ　ｃａｇｅ　ａｃｔｉｖｉｔｉ ｅｓ）まで回復した。連続放射線写真は椎間関節間隙の保持を記録している。

本願発明はその精神若しくは本質的特長から逸脱すること無しに他の特有な形状 に具体化できる。それ故これらの具体例は全ての面に於て限定的なものではなく 例証的なものと考えられるべきであり、本発明の範囲は先の説明というよりはむ しろ添付された請求の範囲に示されており、それ故請求項に等価の趣意及び範囲 内での全ての変更はその内に包含されるものとする。

請求の範囲は以下の通りである。

要　約　書 ヒトの骨格中に植え込むことができ、椎間板物質の再生の為の骨組みとして働く 人工椎間板（２００）力５開示されている。円板（２００）はグリコサミノグリ カン分子と共に分散することのできる生体適合性及び生体分解吸収性繊維の乾燥 多孔性立方基質を含有する。基質ｉ士生体内で自然の椎間板と実質的に同じ外表 面輪郭を持つように適応され、上記基質は椎骨繊維軟骨細胞の内部成長の為に少 なくとも部分的に生体分解吸収性の骨組みを生じる。架橋はＧＡＧ分子の一部に より提供すること力≦できる。

国際調査報告

Claims (45)

【特許請求の範囲】
1. １．生体適合性及び生体分解吸収性繊維の乾燥多孔性立方基質からなり、 上記基質が生体内で自然の椎間板と実質的に同じ外表面輪郭を持つように適応さ れ、 上記基質が椎骨繊維軟骨細胞の内部成長の為に適応された少なくとも部分的に生 体分解吸収性の骨組みを生じるところの人工椎間板。
2. ２．上記繊維がポリマーからなる請求項１記載の円板。
3. ３．上記繊維が天然繊維、上記天然繊維の類似物質、合成繊維、及びそれらの混 合物からなるクループから選択される請求項１記載の円板。
4. ４．上記天然ポリマーがコラーゲン、エラスチン、レチクリン、セルロース、そ れらの類似物質、及びそれらの混合物からなるグループから選択される請求項３ 記載の円板。
5. ５．上記天然ポリマーがコラーゲンからなる請求項４記載の円板。
6. ６．更に上記繊維の少なくとも一部分間の架橋からなる請求項１記載の円板。
7. ７．更に上記繊維間に散在する複数のグリコサミノグリカン分子からなる請求項 １記載の円板。
8. ８．上記グリコサミノグリカン分子がコンドロイチン４−サルフェート、コンド ロイチン６−サルフェート、ケラチンサルフェート、テルマダンサルフェート、 ヘパラン−サルフェート、ヘパリン、ヒアルロン酸、及びこれらの混合物からな るグループから選択される請求項７記載の円板。
9. ９．上記分子の少なくとも一部が上記繊維間の架橋を提供する請求項７記載の円 板。
10. １０．上記繊維が乾量にして約７５〜１００％の濃度、及び上記クリコサミノグ リカン分子が乾量にして約０〜２５％で存在する請求項７記載の円板。
11. １１．上記架橋が化学的架橋剤により形成される請求項６記載の人工円板。
12. １２．上記架橋剤がグルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、生体適合二機能性 アルデヒド、カルボジイミド、ヘキサメチレンジイソシアネート、ビス−イオニ デート、ポリグリセロールポリクリシジルエーテル、グリオキサル、アシルアジ ド、及びこれらの混合物からなるグループから選択される請求項１１記載の人工 円板。
13. １３．上記架橋剤が１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）からなる 請求項１２記載の人工円板。
14. １４．上記椎間板が約０．０７から０．５０グラム基質毎立方センチメートルの 密度を有する請求項１記載の円板。
15. １５．上記椎間板が約２〜２５ｃｍ３／ｇｍａｔｒｉｘの繊維内及び繊維間間隙 を有する請求項１記載の円板。
16. １６．上記繊維が上記基質中に案質的に無秩序な様式で配列される請求項１記載 の円板。
17. １７．上記繊維が土記基質中に実質的に規則的な様式で配列される請求項１記載 の円板。
18. １８．上記基質が実質的に円周状に延びる繊維からなる請求項１７記載の円板。
19. １９．上記基質が実質的に放射状に延びる繊維からなる請求項１７記載の円板。
20. ２０．上記繊維の密度が上記基質全体で実質的に均一である請求項１記載の円板 。
21. ２１．上記繊維が上記円板の端周辺に隣接する箇所で実質的に規則的な様式で配 置され、かかる配置が実質的に円周状である請求項１記載の円板。
22. ２２．上記繊維が上記円板の中心部に実質的に無秩序な様式で配置される請求項 ２１記載の円板。
23. ２３．上記クリコサミノグリカン分子が基質全体に実質的に均一に分散される請 求項７記載の円板。
24. ２４．上記グリコサミノグリカン分子が基質全体に不均一に分散される請求項７ 記載の円板。
25. ２５．更に上記基質の外表面の一部から延びるメッシュからなり、かかるメッシ ュが分解吸収性及び生体適合性である請求項１記載の円板。
26. ２６．（ａ）複数の生体適合性及び生体分解吸収性繊維を鋳型内に設置し、かか る鋳型が円板間隙機能を可能にする形状を有しており、 （ｂ）上記繊維を最初の及び二回目の凍結及び解凍サイクルにかけ、 （ｃ）上記繊維が上記鋳型の形状になるようにかかる繊維を化学架橋剤に接触さ せ、 （ｄ）上記架橋繊維を凍結乾燥させる、という段階からなり、 このように形成された上記人工椎間板が生体内で自然の椎間板と実質的に同じ外 表面輪郭を持つように適応された乾燥多孔性立方基質からなり、 上記基質が椎骨繊維軟骨細胞の内部成長の為に適応された少なくとも部分的に生 体分解吸収性の骨組みを生じるところの人工椎間板作製方法。
27. ２７．上記設置段階が複数の繊維を鋳型内に設置することからなり、かかる繊維 が天然材料、それらの類似物質若しくは合成材料を含む請求項２６記載の方法。
28. ２８．上記天然材料の上記類似物質が生合成類似物質である請求項２７記載の方 法。
29. ２９．上記設置段階が更に、複数の合成繊維を上記鋳型内に設置することからな る請求項２６記載の方法。
30. ３０．上記繊維がコラーゲン、エラスチン、レチクリン、セルロース、それらの 類似物質、及びそれらの混合物からなるグループから選択される請求項２６記載 の方法。
31. ３１．上記設置段階が更に、複数のクリコサミノグリカン分子を上記鋳型内に設 置することからなる請求項２６記載の方法。
32. ３２．上記グリコサミノグリカン分子がコンドロイチン４−サルフェート、コン ドロイチン６−サルフェート、ケラチンサルフユード、デルマダンサルフェート 、ヘパリン、ヘパラン−サルフェート、ヒアルロン酸、及びこれらの混合物から なるグループから選択される請求項３１記載の方法。
33. ３３．上記設置段階が更に、上記繊維を実質的に円周状に配列する段階からなる 請求項２６記載の方法。
34. ３４．上記配列段階が、上記圧縮段階の間にピストンが上記鋳型に対する圧縮軸 の回りを回転する間に、上記繊維を上記鋳型中で上記圧縮軸に沿って方向づけら れた上記ピストンにより圧縮することからなる請求項３３記載の方法。
35. ３５．上記配列段階が、上記繊維が上記鋳型中に設置された時にかかる鋳型を回 転することからなる請求項３３記載の方法。
36. ３６．上記設置段階が更に上記繊維を実質的に放射状に配列する段階からなる請 求項２６記載の方法。
37. ３７．更に上記２回目の凍結及び解凍サイクルの前に上記繊維を圧縮する段階か らなる請求項２６記載の方法。
38. ３８．更に上記２回目の凍結及び解凍サイクルの前に上記繊維及び上記ＧＡＧｓ を圧縮する段階からなる請求項３１記載の方法。
39. ３９．上記圧縮段階が予め決められた量の圧力をピストンにより上記基質のある 箇所にかけることからなり、上記ピストンが予め決められた形状を有している請 求項３７記載の方法。
40. ４０．上記化学架橋剤がグルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、生体適合二機 能性アルデヒド、カルボジイミド、ヘキサメチレンジイソシアネート、ビスイミ デート、ポリクリセロールポリグリシジルエーテル、グリオキサル、アシルアジ ド、及びこれらの混合物からなるグループから選択される請求項２６記載の方法 。
41. ４１．更に上記凍結乾燥された基質を脱水素加熱架橋反応にかける追加段階から なる請求項２６記載の方法。
42. ４２．（ａ）生体適合性及び生体分解吸収性繊維の乾燥多孔性立方基質を作製し 、 上記基質が生体内で自然の椎間板と実質的に同じ外表面輪郭を持つように適応さ れ、上記基質が椎骨繊維軟骨細胞の内部成長の為に適応された少なくとも部分的 に生体分解吸収性の骨組みを生じ、そして、（ｂ）上記円板を外科的方法により 脊柱に植え込み、上記植え込まれた円板が椎間板組織の再生を刺激する、ヒいう 段階からなる椎間板組織の生体内での再生方法。
43. ４３．上記作製段階が上記繊維の少なくとも一部の架橋からなる請求項４２記載 の方法。
44. ４４．上記作製段階が複数のグリコサミノグリカン分子の作製からなる請求項４ ２記載の方法。
45. ４５．上記作製段階が更に上記円板の外表面部分から延びるメッシュからなる人 工椎間板の作製からなり、かかるメッシュが分解吸収性及び生体適合性である請 求項４２記載の方法。