專利名稱：髓核的水凝膠囊性假體的制作方法
髓核的水凝膠嚢性假體 相關(guān)申請的交叉參考本申請依據(jù)35 U.S.C. § 119(e)，要求2005年8月26曰提
交的美國臨時申請?zhí)?0/711,430的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合到本發(fā)明 中作為參考。
1. 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及替代或補(bǔ)充推間盤的天然髓核的方法和裝置， 更具體地說，涉及一種用以替代或補(bǔ)充髓核的可擴(kuò)大或可膨脹的由水 凝膠制成的假體。
2.
背景技術(shù)：
慢性背痛， 一般為下背部疼痛，是一種很多患者都經(jīng)歷過 的病癥，其由推間盤損傷或與年齡有關(guān)的退化所引起。目前治療下背部疼痛的選擇范圍從保守臥床休息到高侵 襲性外科手術(shù)，包括脊柱融合術(shù)、推間盤切除術(shù)(discectomy)和全稚間
盤置換。人的推間盤有兩種主要結(jié)構(gòu)組成， 一種內(nèi)部的膠狀結(jié)構(gòu) (即髓核)和一種外部的腱結(jié)構(gòu)(即纖維環(huán))。核的退化可導(dǎo)致盤退化和功 能喪失。因此，解除下背部疼痛的另一種手術(shù)選擇是替代核，同時留 下整個環(huán)。替代或補(bǔ)充髓核，例如通過引入一種可為液體、凝膠等的 生物相容性材料，可緩解疼痛、恢復(fù)推間盤的健康的生理功能，和/ 或預(yù)防該環(huán)狀部分的其它磨損。因此，對可能將一種注射的或經(jīng)另外方式引入的材料(如
凝膠或液體)限定在推間盤的髓核區(qū)域內(nèi)的方法和裝置 一直存在一種需求。
3.發(fā)明概述本申請的發(fā)明解決很多涉及被引入髓核區(qū)域內(nèi)的凝膠、液 體等的限定的問題。根據(jù)本發(fā)明，將一種空心的可擴(kuò)大的或可膨脹的由水凝膠 制成的容器插入到稚間盤的髓核區(qū)域內(nèi)，任選在已移出部分或全部天 然髓核之后，然后通過引入凝膠、液體等使所述容器擴(kuò)張，得到一種 補(bǔ)充或替代天然髓核的管內(nèi)結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明一方面提供一種替代或補(bǔ)充推間盤的天然髓 核的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明另一方面提供一種結(jié)構(gòu)，其可限制所注射的液體， 但還可擴(kuò)大并變形以完全填充推間盤內(nèi)的空腔。另 一方面提供一種由生物相容性聚合材料制成的可擴(kuò)大 的結(jié)構(gòu)，如球體(balloon)。另一方面提供一種可擴(kuò)大的結(jié)構(gòu)，如球體，其由包含聚(乙 烯醇)或含有聚(乙烯醇)的締合聚合物的混合物的水凝膠制成。另一方面提供一種可擴(kuò)大的結(jié)構(gòu)，如球體，其由包含聚(乙 烯醇)或含有聚(乙烯醇)的締合聚合物的混合物的水凝力交制成，其可通 過浸漬涂層軸柄(mandrel)的過程形成。另一方面提供一種可擴(kuò)大的結(jié)構(gòu)，如球體，其由包含聚(乙 烯醇)或含有聚(乙烯醇)的締合聚合物的混合物的水凝膠制成。另一方面提供一種替代或補(bǔ)充推間盤的髓核的方法，其通 過經(jīng)最低程度地侵襲性外科手術(shù)，將由水凝膠制成的彈性壁容器或球 體插入到推間盤的髓核區(qū)域內(nèi)，接著通過引入具有適當(dāng)性質(zhì)的材料擴(kuò) 張該容器或球體以替代或補(bǔ)充天然髓核。 4. 附圖簡述

圖1表示本發(fā)明的一實(shí)施方案的可擴(kuò)大的空心(hollow)假體。圖2表示沿圖1中的線2-2所取的圖1的假體的橫截面圖。
圖3表示本發(fā)明的一實(shí)施方案的假體的另一實(shí)施方案的
平面圖，其中 一般根據(jù)天然髓核的形狀塑造可擴(kuò)張容器的形狀。圖4表示圖3中箭頭4-4所標(biāo)明的方向中圖3的假體的斷面圖。圖5表示沿圖3中的線5-5所取的圖3和4的假體的橫截 面圖。圖6表示脊柱運(yùn)動節(jié)段的概略的橫截面圖，顯示一管形插 入工具，其帶有安裝在(mounted)插管內(nèi)的填充管上萎陷(coll叩sed)形 式的本發(fā)明 一 實(shí)施方案的假體。圖7表示任選在移去所有或部分天然髓核之后，插入到推 間盤的髓核腔內(nèi)的萎陷形式的假體。圖8表示通過將填充材料經(jīng)充填管插入填充材料，在推間 盤內(nèi)被擴(kuò)張的假體。圖9說明在推間盤內(nèi)^皮完全擴(kuò)張和密封的假體。
5. 發(fā)明詳述隨著推間盤的老化，髓核可經(jīng)歷某些病理性疾病。正常的 老化引起該核的水含量的降低，導(dǎo)致承擔(dān)強(qiáng)加其上的負(fù)荷能力的降 低，以及推間盤高度的降低。作為纖維環(huán)退化的結(jié)果，核的部分通過 環(huán)狀部分的裂縫可能變得推間盆后凸(herniated),并通過碰撞脊柱神經(jīng) 根部引起疼痛。因此，可手術(shù)移除核的至少堆間盆后凸部分以緩解疼 痛。在某些條件下，可手術(shù)移除整個髓核。這種手術(shù)可有效緩解疼痛， 但可留下推間盤，而無適當(dāng)功能性的髓核，因此遺留下推間盤進(jìn)一步 退化的可能性。因此，為恢復(fù)所述完整、未退化的髓核所提供的至少
某些功能，可能需要補(bǔ)充一種變性的髓核或代替切除的部分或全部的 核。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方案，用于替代或補(bǔ)充堆間盤的髓核 的假體包含一種由水凝膠材料制備的可擴(kuò)大的球體，其中球壁由水凝 膠構(gòu)成。在某些實(shí)施方案中，所述^求體的壁具有0.01 mm-2.00 mm的 厚度，更優(yōu)選0.02mm-1.00mm的厚度。在某些其它實(shí)施方案中，該 球體在30%拉緊下具有0.02 MPa-0.8 MPa的張力系數(shù)。在某些其它實(shí) 施方案中，所述球體的壁具有0.01 mm-2.00 mm的厚度，更優(yōu)選0.02 mm-1.00 mm的厚度，并且該球體在30%拉緊下具有0.02 MPa-0.8 MPa 的張力系數(shù)。該球體在破裂前優(yōu)選能夠具有原體積3-5倍的體積膨脹。所述球體是可萎陷的，例如通過折疊、巻起等成為相對小 的體積，優(yōu)選在任選已除去部分或幾乎全部髓核之后，以通過最小程 度侵襲性開口而插入到推間盤的中夾腔內(nèi)。對其末端，可將該球體壁 制成彈性膜，該膜具有足夠的厚度和強(qiáng)度以支持填充材料所施加的內(nèi) 部壓力。在使用中，使該球形假體萎陷到相對小的體積，然后插入到 推間盤的中央腔內(nèi)，例如通過經(jīng)纖維環(huán)插入的插管插入或者通過靠近 脊推的體內(nèi)制成的通道插入。因此，所述球形假體一般可通過常規(guī)最 低程度侵襲性手術(shù)技術(shù)插入。 —旦所述球體被植入到髓核腔內(nèi)，為補(bǔ)充或替代髓核，其 即被插入其內(nèi)的相對不可壓縮的材料擴(kuò)張。當(dāng)球體擴(kuò)大時，該球體可 變形以幾乎完全填充到髓核體退化和/或手術(shù)除去所遺留空間內(nèi)的可 用的體積中。另外，可將所述球體最初制成與這種退化或手術(shù)除去所 遺留的空腔一致的形狀。優(yōu)選繼續(xù)填充球體直至已大體完全填充到髓 核腔內(nèi)可用的體積，并被加壓至基本恢復(fù)到推間盤的髓核區(qū)域內(nèi)的自 然壓力。該球體在髓核區(qū)域內(nèi)優(yōu)選擴(kuò)大到恢復(fù)所給予的個體患者的自 然推盤高度的程度。形成所述球形假體壁的水凝膠材料可包括具有在存在于 髓核區(qū)域內(nèi)的壓力之下限制填充材料的足夠強(qiáng)度的任何生物相容性
水凝膠。適合的水凝膠可選自多種已知的水凝膠，包括諸如Bao等的 美國專利號5,047,055中公開的那些，該全部公開內(nèi)容結(jié)合到本發(fā)明 中作為參考。形成球形假體的優(yōu)選材料是基于聚(乙烯醇)(PVA)的水凝 膠，其可通過PVA水溶液的重復(fù)冷凍-融化循環(huán)形成，如Wood等在 美國專利Nos. 5,260,066和5,288,503中以及Ku等在美國專利號 5,981,826中所述，其全部公開內(nèi)容結(jié)合到本發(fā)明中作為參考。這種材 料統(tǒng)稱為凍結(jié)凝膠(cryogels)，是含有大比例(例如80%以上)水的具有 彈性性質(zhì)的固體材料，其在高度水解的相對高分子量PVA的溶液經(jīng) 歷重復(fù)冷凍-融化循環(huán)時制備。這些凍結(jié)凝膠具有強(qiáng)韌性(tough)、彈性、 反彈性(resilient)、在約50。C下基本不溶于水且無毒性。 一種特別優(yōu)選 的材料是通過PVA與另 一種締合聚合物(如聚(乙烯基吡咯烷酮))的混 合物的水溶液的重復(fù)冷凍-融化循環(huán)而形成的凍結(jié)凝膠。因此，所述凍 結(jié)凝膠的優(yōu)選實(shí)施方案可包含PVA和0.P/。-50。/。，更優(yōu)選1%-5%第二 種聚合物的混合物，優(yōu)選PVP或PVP和聚(異丁烯酸甲酯)、聚(丙烯 酰胺)、聚(丙烯酸)、聚(丙烯腈)或聚(乙二醇)的共聚物。這些水凝膠的 聚合物成分可包含約0.5%重量至約25%重量的PVP,其余的為PVA。 在該類型的優(yōu)選的水凝膠中，所迷聚合物成分可結(jié)合約0.5%至約5% 重量的PVP，例如約2.5%的PVP，其佘的為PVA。這些水凝膠在 Marcolongo等的美國專利申請?zhí)?0/111,782中公開(歐洲專利號EP 1 229 873),其全部公開內(nèi)容結(jié)合到本發(fā)明中作為參考?？蓪⑺隹蓴U(kuò)大的球形假體制成適合于填充推間盤的髓 核的空穴的任何形狀。圖1顯示一種假體100，其具有一種通常為橢 圓形的腔102和一個填充管104，通過該填充管，假體在移植后被相 對不可壓縮的材料填充。圖2顯示沿圖1中的線2-2的圖1假體的橫 截面圖，顯示圍繞內(nèi)體積108的薄膜壁106。這種假體可由水凝膠制 備，所述水凝膠具有足夠的彈性，使得該球體在填充材料的內(nèi)壓下變 形，以基本完全填充推間盤的髓核區(qū)域內(nèi)的空隙空間。圖3顯示另 一假體200的平面圖，其中已將假體200的可
膨脹腔202塑成天然髓核的通常形狀。還提供帶有填充管204的假體 200。圖4顯示圖3中箭頭4-4所標(biāo)明的方向中圖3的假體的斷面圖。 圖5顯示沿圖3中的線5-5所取的圖3假體200的橫截面圖。圖5顯 示假體的膜壁206和內(nèi)部體積208。所述球形假體可通過形成具有柔韌性膜壁的空心容器的 任何常規(guī)方法制備。該容器可通過用合成聚合物將物體成型的常規(guī)方 法形成，如吹塑成型、注射成型、滾塑成、擠塑成型等。該容器還可 通過薄的、柔韌性水凝膠片材的粘連裝配形成。形成該球體的優(yōu)選方 法是通過用能在適當(dāng)液體介質(zhì)(如水)中形成凍結(jié)凝膠的聚合物的分散 液或溶液，將軸柄浸漬涂層，接著通過干燥、冷凍等在該軸^f上固化 涂層，之后將該球體進(jìn)行重復(fù)的冷凍-融化循環(huán)以形成一種凍結(jié)凝膠球 體。 一種特別優(yōu)選的形成所述水凝膠球體的方法是通過用PVA或 PVA-PVP混合物的水型分散液將軸柄浸漬涂層，接著快速冷凍至有效 引起涂覆層形成凝膠的溫度。這種溫度一般低于-20。C。軸柄上聚合物 分散液的涂層的快速冷卻可通過將涂覆的軸柄浸沒于溫度約-198.5。C (77.35 K)的液氮中實(shí)現(xiàn)。然后通過數(shù)個冷凍和融化循環(huán)，如用于這種 水凝膠的常規(guī)方法，可進(jìn)一步處理如此形成的水凝膠涂層。然后將該 球體從軸柄上移出，以備用于本發(fā)明的方法中。圖6-9中圖示性說明水凝膠球形假體的移植和填充。所述 各示性說明帶有推間盤302的典型腰推骨300的上部或頂部視 圖，所述推間盤302具有纖維環(huán)304和中心體積306，該體積代表由 于髓核退化或外科手術(shù)除去引起的空隙空間。將插入插管或套管針 308通過纖維環(huán)304插入到中心體積306之中。使球形假體100萎陷， 如通過折疊或巻曲，附加到傳遞管310上，然后引入到插入管308內(nèi)。 圖6顯示植入前插管308內(nèi)的球形假體100。圖7顯示植入的初期， 其中通過插入管308將傳遞管310向前傳遞，將球形假體100定位于 到纖維環(huán)304的中間體積306之內(nèi)。圖8表示植入的中期，其中所述 球形假體100已被通過傳遞管310引入的材料而部分膨脹。圖9顯示
植入的終期，其中所述球形假體100已被完全膨脹，并基本填充到纖
維環(huán)304的中間體積之內(nèi)。球形假體100完全膨脹后，可將該填充管 通過常規(guī)方法密封，例如通過插入栓塞、打結(jié)等，將傳遞管310分離 并取出，然后將插管從纖維環(huán)中取出?？蓪⑺銮蛐渭袤w100用任何材料膨脹，所述材料將通過 球形假體的水凝膠膜維持被限制的狀態(tài)并能提供類似于天然髓核的 那些機(jī)械性質(zhì)。因此，可將球形假體用以液體或塑料狀態(tài)注射的可固
粘彈性物質(zhì)之后將固化。填充本發(fā)明的球形假體的優(yōu)選材料是一種水凝膠，其可以 以液態(tài)或軟的可注射狀態(tài)注射，并優(yōu)選提供具有類似于天然髓核的那 些機(jī)械性質(zhì)的假體。 一種特別優(yōu)選的材料是熱膠化(thermogelling)組合 物，其在接近于室溫下可以以液體形式注射，然后當(dāng)纟皮加熱到正常體
溫下，轉(zhuǎn)化成為凝膠。這些組合物是已知的，包括例如基于聚(N-異丙 基丙烯酰胺)(PNIPAAm)或PNIPAAm的共聚物或混合物的熱膠化水 凝膠材料，如Lowman等在美國公開的專利申請?zhí)?004/0220296 (申 請?zhí)?0/837,082)中公開的那些，其全部公開內(nèi)容結(jié)合到本發(fā)明中作為 參考。植入球形假體之后，可將這種熱膠化組合物注射到在相對較低 溫度(例如約20。C至約27。C)下的球體中，其在所述溫度下維持一種可 流動液態(tài)。注射后， 一般僅通過其周圍的熱傳導(dǎo)，將該熱膠化水凝膠 溫?zé)嶂良s37。C的體溫，然后形成固體水凝膠。如此形成的固體水凝膠 將不能通過所述球體的頸部流出；因此在該實(shí)施方案中不需要特別封 閉該球體的入口柄部或頸口 。基于PNIPAAm的典型的熱膠化水凝膠公開于美國公開專 利申請?zhí)?004/0220296之中，并包括由帶有聚(乙烯醇)(PVA)水溶液 和不同分子量的聚(乙二醇)(PEGs)水溶液的PNIPAAm的水溶液的混 合而制備的那些水凝膠。還公開由PNIPAAm-接枝的PEG聚合物的水 溶液和PEG-PNIPAAm-PEG三嵌段聚合物的水溶液制備的熱膠化水
凝膠。這些熱膠化水凝膠等是填充所述球形假體的優(yōu)選材料。另夕卜，可用常規(guī)生物相容性液體填充該球形假體。注射這 種液體之后，可將該球體的頸部通過常規(guī)的方法密封，例如用栓塞密 封、用粘性物密封、熱封、縫合等。還可將所述球形假體用珠粒形式的固體水凝膠或線(stiing) 填充，其將用于提供具有所需機(jī)械特性的假體。根據(jù)所插入材料的橫 截面，可按如上所示密封5求體的頸部或柄部。如果所插入的固體水凝 膠材料的體積、形狀、硬度(stiffness)或其它特性能使得不能通過球體 的頸部被擠出來，那么不需要進(jìn)行該柄部的特別密封。現(xiàn)已以某些優(yōu)選的實(shí)施方案的方式描述了本發(fā)明，應(yīng)清楚 的是在不背離本發(fā)明的精神和特征下，可對其進(jìn)行修飾和改變。
權(quán)利要求
1.一種替代或補(bǔ)充椎間盤的髓核的假體，其包含一種具有彈性壁的可擴(kuò)大容器，該容器適于通過狹窄插管被插入到椎間盤的中央腔內(nèi)，其中所述彈性壁由包含生物相容性水凝膠的材料制成。
2. 權(quán)利要求1的假體，其中所述生物相容性水凝膠是一種由包含 聚(乙烯醇)的水溶液形成的凍結(jié)凝膠。
3. 權(quán)利要求1的假體，其中所述生物相容性水凝膠是一種由包含 聚(乙烯醇)和聚(乙烯基吡咯烷酮)的水溶液形成的凍結(jié)凝膠。
4. 權(quán)利要求1的假體，其當(dāng)擴(kuò)大時一般具有與自然髓核的形狀一 致的形狀。
5. 權(quán)利要求1的假體，其中所述彈性壁具有0.02 mm-1.00 mm的厚度。
6. —種替代或補(bǔ)充推間盤的髓核的假體，其包含一種具有彈性壁 的可擴(kuò)大容器，該容器適于通過狹窄插管被插入到椎間盤的中央腔 內(nèi)，其中所述彈性壁由包含第一種生物相容性水凝膠的材料制成，該 可擴(kuò)大的容器由選自生物相容性液體、生物相容性聚合物和笫二種生 物相容性水凝膠的生物相容性材料填充。
7. 權(quán)利要求6的假體，其中所述第一種生物相容性水凝膠是一種 由包含聚(乙烯醇)的水溶液形成的凍結(jié)凝膠。
8. 權(quán)利要求6的假體，其中所述第一種生物相容性水凝膠是一種 由包含聚(乙烯醇)和聚(乙烯基吡咯烷酮)的水溶液形成的凍結(jié)凝膠。
9. 權(quán)利要求6的假體，其當(dāng)擴(kuò)大時一般具有與自然髓核的形狀一 致的形狀。
10. 權(quán)利要求6的假體，其中所述第二種生物相容性水凝膠是一 種熱膠化水凝膠。
11. 權(quán)利要求10的假體，其中所述熱膠化水凝膠由包含聚(N-異 丙基丙烯酰胺)的第一種水溶液和包含聚(乙烯醇)的第二種水溶液的 混合物制備。
12. 權(quán)利要求10的假體，其中所述熱膠化水凝膠由包含聚(N-異 丙基丙烯酰胺)的第一種水溶液和包含聚(乙二醇)的第二種水溶液的 混合物制備。
13. 權(quán)利要求10的假體，其中所述熱膠化水凝膠由包含聚(N-異 丙基丙烯酰胺)接枝的聚(乙二醇)聚合物的水溶液制備。
14. 權(quán)利要求10的假體，其中所述熱膠化水凝膠由包含聚(乙二 醇)-聚(N-異丙基丙烯酰胺)-聚(乙二醇)三嵌段聚合物的水溶液制備。
15. 權(quán)利要求6的假體，其中所述彈性壁具有0.02 mm-1.00 mm 的厚度。
16. —種由水凝膠形成容器的方法，其包括以下步驟(i) 用形成水凝膠的聚合物的水溶液或形成涂漬溶液的所述形成 水凝膠的聚合物的混合物，將軸柄浸漬涂層，(ii) 制備涂漬溶液以形成一種凝膠化涂層，和(iii) 將涂層進(jìn)行一系列冷凍-融化處理。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中所述制備步驟為致冷。
18. 權(quán)利要求16的方法，其中所述冷凍-融化處理重復(fù)進(jìn)行。
19. 權(quán)利要求16的方法，其中所述形成水凝膠的聚合物是聚(乙 烯醇)。
20. 權(quán)利要求16的方法，其中所述形成水凝膠的聚合物的混合物 是聚(乙烯醇)和聚(乙烯基吡咯烷酮)的混合物。
21. —種替代或補(bǔ)充推間盤的髓核的方法，其包含以下步驟(i) 通過最低程度地侵襲性外科手術(shù)，將由第一種生物相容性水 凝膠制成的彈性壁容器插入到髓核之中，和(ii) 接著向該彈性壁容器內(nèi)引入生物相容性材料以替代或補(bǔ)充髓核。
22. 權(quán)利要求21的方法，其中所述生物相容性水凝膠是一種由包 含聚(乙烯醇)的水溶液形成的凍結(jié)凝膠。
23. 權(quán)利要求21的方法，其中所述生物相容性水凝膠是一種由包含聚(乙烯醇)和聚(乙烯基吡咯烷酮)的水溶液形成的凍結(jié)凝膠。
24. 權(quán)利要求21的方法，其中所述彈性壁容器當(dāng)膨脹時一般具有 與自然髓核的形狀一致的形狀。
25. 權(quán)利要求21的方法，其中所述生物相容性材料選自生物相容 性液體、生物相容性聚合物和第二種生物相容性水凝膠。
26. 權(quán)利要求25的方法，其中所述第二種生物相容性水凝膠是一 種熱膠化水凝膠。
27. 權(quán)利要求26的方法，其中所述熱膠化水凝膠由包含聚(N-異 丙基丙烯酰胺)的第一種水溶液和包含聚(乙烯醇)的第二種水溶液的 混合物制備。
28. 權(quán)利要求26的方法，其中所述熱膠化水凝膠由包含聚(N-異 丙基丙烯酰胺)的第一種水溶液和包含聚(乙二醇)的第二種水溶液的 混合物制備。
29. 權(quán)利要求26的方法，其中所述熱膠化水凝膠由包含聚(N-異 丙基丙烯酰胺)接枝的聚(乙二醇)聚合物的水溶液制備。
30. 權(quán)利要求26的方法，其中所述熱膠化水凝膠由包含聚(乙二 醇)-聚(N-異丙基丙烯酰胺)-聚(乙二醇)三嵌段聚合物的水溶液制備。
全文摘要
替代或補(bǔ)充椎間盤的髓核的假體是一種具有彈性壁的可擴(kuò)大容器，該容器適于通過狹窄插管被插入到椎間盤的中央腔內(nèi)，彈性壁由生物相容性水凝膠制成。一種優(yōu)選的水凝膠是由聚(乙烯醇)和聚(乙烯基吡咯烷酮)的水溶液形成的凍結(jié)凝膠。所述假體可通過用形成水凝膠的聚合物或這些聚合物的混合物的水溶液將軸柄浸漬涂層、通過致凍結(jié)凝膠凝所述涂漬溶液，然后將膠凝的涂層進(jìn)行一系列重復(fù)冷凍-融化處理來制備。在使用中，將所述假體插入到椎間盤的中央腔內(nèi)，然后填充生物相容性材料，例如生物相容性液體、生物相容性聚合物和生物相容性水凝膠，尤其是熱膠化水凝膠。
文檔編號A61L27/52GK101365500SQ200680039434
公開日2009年2月11日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者A·J·T·克列莫夫, A·M·羅曼, E·弗列西洛維克, M·F·基恩, M·S·馬科龍戈 申請人:新特斯有限責(zé)任公司