特許第6592823号(P6592823)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6592823
(24)【登録日】2019年10月4日
(45)【発行日】2019年10月23日
(54)【発明の名称】生体インプラント
(51)【国際特許分類】
   A61L 27/12 20060101AFI20191010BHJP
   A61L 27/04 20060101ALI20191010BHJP
   A61L 27/32 20060101ALI20191010BHJP
   A61L 27/40 20060101ALI20191010BHJP
   A61B 17/58 20060101ALI20191010BHJP
【FI】
   A61L27/12
   A61L27/04
   A61L27/32
   A61L27/40
   A61B17/58
【請求項の数】5
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2015-130980(P2015-130980)
(22)【出願日】2015年6月30日
(65)【公開番号】特開2017-12354(P2017-12354A)
(43)【公開日】2017年1月19日
【審査請求日】2018年5月24日
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504209655
【氏名又は名称】国立大学法人佐賀大学
(74)【代理人】
【識別番号】100104318
【弁理士】
【氏名又は名称】深井 敏和
(72)【発明者】
【氏名】馬渡 正明
(72)【発明者】
【氏名】野田 岩男
【審査官】 今村 明子
(56)【参考文献】
【文献】 特表2008−541852(JP,A)
【文献】 特開昭64−058260(JP,A)
【文献】 特表2002−536048(JP,A)
【文献】 特開2012−040194(JP,A)
【文献】 特開平09−234206(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2003/0036761(US,A1)
【文献】 K−MAX 創外固定用チタンピン 添付文書,2012年 4月 1日
【文献】 NEW GLASS,2009年,Vol.24, No.3,pp.35-42
【文献】 オーソフィックスHAコーティングピン 添付文書,2015年 3月
【文献】 International Journal of Nanomedicine,2013年,Vol.8,pp.593-599
【文献】 平成21年度厚生労働科学研究費補助金 医療機器開発推進研究事業(ナノメディシン研究)低侵襲医療機器の,2010年 3月,pp.115-121
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61L 15/00−33/18
A61B 17/56
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端部に位置しているピンと、
前記ピンに連続しているストッパーと、
前記ストッパーに連続している柱状のシャフトと、
前記ストッパーに積層されておりリン酸カルシウム系材料からなる第1コーティング層と
前記ピンのうち前記ストッパー側に位置している端部を含む部位に積層されておりリン酸カルシウム系材料からなる第2コーティング層と、
前記シャフトのうち前記ストッパー側に位置している端部を含む部位に積層されておりリン酸カルシウム系材料からなる第3コーティング層と、を備え、
前記第2コーティング層のうち前記ストッパーから遠い側に位置している端部が、前記ストッパー近傍に位置しており、
生体内に埋植して治癒後に前記生体内から抜去する創外固定ピンであり、
前記ピンが、前記生体内に埋入したときに骨に位置する部位であり、
回転軸に平行な方向における前記第2コーティング層の長さが、0.1〜5mmであり、
前記生体内に埋植したとき、前記第3コーティング層のうち前記ストッパーから遠い側に位置している端部が、皮膚よりも上方に位置する、生体インプラント。
【請求項2】
前記ピンが、スクリュー状の部位を含む、請求項1に記載の生体インプラント。
【請求項3】
前記第1コーティング層が、銀ハイドロキシアパタイト溶射被膜である、請求項1または2に記載の生体インプラント。
【請求項4】
回転軸に垂直な方向から見たとき、前記ストッパーは、前記ピン側を長辺とする略台形状であり、少なくとも前記長辺における直径が前記ピンの直径よりも大きい、請求項1〜3のいずれかに記載の生体インプラント。
【請求項5】
前記ストッパーが、前記ピンと一体に成形されている、請求項1〜4のいずれかに記載の生体インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生体インプラントに関する。
【背景技術】
【0002】
生体インプラントとして、骨折などの治療に使用される創外固定ピンや骨スクリューが知られている。創外固定ピンは、その一部を皮膚から突出させた状態で生体内に埋入されるため、術後の感染率が比較的高い。創外固定ピンのように術後の感染率が高い生体インプラントに対し、その表面に所定のコーティングを施すことによって、術後感染を予防することが種々検討されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、繊維芽細胞成長因子(FGF-2) を含有する低結晶アパタイト層で被覆された生体インプラントが示されている。
【0003】
また、例えば、特許文献2には、術後感染のリスクを低減するための抗菌性を有する生体インプラントとして、基体上の少なくとも一部に、リン酸カルシウム系材料からなる溶射被膜が形成され、この溶射被膜中の銀濃度が、0.02重量%〜3.00重量%であることを特徴とする生体インプラントが示されている。生体インプラントの例としては、ステムと、このステムの上端に形成された骨頭ボールを固定するネック部とを有する人工関節が挙げられているが、創外固定ピンに関しての記載はない。
創外固定ピンに限らず、骨スクリューにおいても、術後感染のリスクは、より低減できるのが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−18086号公報
【特許文献2】特開2012−40194号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の課題は、術後感染を予防することができる生体インプラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
(1)先端部に位置しているピンと、前記ピンに連続しているストッパーと、前記ストッパーに積層されておりリン酸カルシウム系材料からなる第1コーティング層と、を備える、生体インプラント。
(2)前記ピンが、スクリュー状の部位を含む、前記(1)に記載の生体インプラント。
(3)前記第1コーティング層が、銀ハイドロキシアパタイト溶射被膜である、前記(1)または(2)に記載の生体インプラント。
(4)前記ピンのうち前記ストッパー側に位置している端部を含む部位に積層されておりリン酸カルシウム系材料からなる第2コーティング層をさらに備える、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の生体インプラント。
(5)回転軸に垂直な方向から見たとき、前記ストッパーは、前記ピン側を長辺とする略台形状であり、少なくとも前記長辺における直径が前記ピンの直径よりも大きい、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の生体インプラント。
(6)前記ストッパーが、前記ピンと一体に成形されている、前記(1)〜(5)のいずれかに記載の生体インプラント。
(7)前記ストッパーに連続している柱状のシャフトと、前記シャフトのうち前記ストッパー側に位置している端部を含む部位に積層されておりリン酸カルシウム系材料からなる第3コーティング層と、をさらに備える、前記(1)〜(6)のいずれかに記載の生体インプラント。
(8)生体内に埋植したとき、前記第3コーティング層のうち前記ストッパーから遠い側に位置している端部が、皮膚よりも上方に位置する、前記(7)に記載の生体インプラント。
(9)生体内に埋植して治癒後に前記生体内から抜去する、前記(1)〜(8)のいずれかに記載の生体インプラント。
(10)創外固定ピンである、前記(1)〜(9)のいずれかに記載の生体インプラント。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、術後感染を予防することができ、患者の負担を低減することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明の一実施形態に係る生体インプラントを示す側面図である。
図2図1に示す生体インプラントを示す図であり、(a)は第1〜第3コーティング層が積層されていない状態を示す側面図、(b)は(a)のストッパー近傍を示す部分拡大側面図、(c)は(a)のA矢視拡大図(拡大先端視図)である。
図3図1に示す生体インプラントの埋入状態を示す概略説明図である。
図4】本発明の他の実施形態に係る生体インプラントを示す図であり、(a)は側面図、(b)は第1および第2コーティング層が積層されていない状態を示す側面図である。
図5】本発明のさらに他の実施形態に係る生体インプラントを示す図であり、(a)〜(d)は図2(b)に相当する第1〜第3コーティング層が積層されていない状態のストッパー近傍を示す部分拡大側面図である。
図6】本発明のさらに他の実施形態に係る生体インプラントを示す図であり、(a)〜(d)は図2(c)に相当する拡大先端視図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の一実施形態に係る生体インプラントについて、創外固定ピンである場合を例にとって、図1図3を参照して詳細に説明する。
【0010】
図1に示すように、本実施形態の生体インプラントは、創外固定ピン1である。本実施形態の創外固定ピン1は、創外固定術に使用されるものであって、図3に示すように、皮膚101を貫通して軟部組織102および骨103の順に生体100内に埋入され、骨103の治癒後に生体100内から抜去されるものである。
【0011】
図1および図2(a)に示すように、本実施形態の創外固定ピン1は、その先端部1a側から順に、ピン2、ストッパー3およびシャフト4を備えている。
【0012】
(ピン)
ピン2は、創外固定ピン1の先端部1aに位置している部位である。また、ピン2は、図3に示すように、創外固定ピン1を生体100内に埋入したとき、骨103に位置する部位である。
【0013】
ピン2は、スクリュー状の部位を含んでいてもよい。本実施形態のピン2は、その全体がスクリュー状である。このような構成によれば、創外固定ピン1をその回転軸Sを中心に回転させてピン2を骨103内に螺入させることができ、その結果、創外固定ピン1を生体100内に強固に固定することができる。なお、ピン2は、その全体がスクリュー状である構成に限定されるものではなく、その一部にスクリュー状の部位を含むような構成であってもよいし、スクリュー状の部位を含まない構成であってもよい。
【0014】
本実施形態では、回転軸Sに平行な方向におけるピン2の長さL2が、骨103の厚みTと同一である。このような構成によれば、ピン2を骨103内に十分に埋植させることができ、創外固定ピン1を生体100内に強固に固定することができる。なお、ピン2の長さL2が骨103の厚みTと同一であるとは、両者の厚みが実質的に同一であればよく、両者の厚みに若干の差があってもよいことを意味するものとする。また、ピン2の長さL2は、骨103の厚みTと同一である構成に限定されるものではなく、例えば、骨103の厚みTよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
【0015】
ピン2の構成材料としては、例えば、純チタン、チタン合金、コバルト−クロム合金、生体材料用のステンレス鋼(SUS)などが挙げられ、生体材料用のSUSとしては、例えば、SUS316Lなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0016】
(ストッパー)
ストッパー3は、図2(a)に示すように、上述したピン2に連続している部位である。より具体的に説明すると、ストッパー3は、ピン2のうちストッパー3側に位置している端部21に連続している部位である。また、ストッパー3は、図3に示すように、創外固定ピン1を生体100内に埋入したとき、軟部組織102のうち骨103との境界部104近傍に位置し、ストッパー3よりも創外固定ピン1の後端部1b側の部位が、骨103内に埋入されるのを抑制する部位として機能する。
【0017】
ストッパー3は、図2(b)に示すように、その直径D3がピン2の直径D2よりも大きくなっている部位を有する。本実施形態では、回転軸Sに垂直な方向から創外固定ピン1を見たとき、ストッパー3がピン2側を長辺31とする略台形状である。そして、少なくとも長辺31における直径D3が、ピン2の直径D2よりも大きくなっている。これらの構成によれば、長辺31よりも後端部1b側の部位が、骨103内に埋入されるのを抑制することができる。また、ストッパー3の直径D3がピン2側から離れるにつれて小さくなることから、創外固定ピン1を生体100内から抜去するときの抜去性を向上させることができる。
【0018】
本実施形態のストッパー3は、ピン2と一体に成形されている。このような構成によれば、ピン2とストッパー3の接続強度を向上させることができる。なお、ストッパー3は、必要に応じてピン2と別部材で構成することも可能である。
【0019】
ストッパー3の構成材料としては、例えば、上述したピン2で例示したのと同じ材料が挙げられる。
【0020】
(シャフト)
シャフト4は、図2(a)に示すように、上述したストッパー3に連続している部位である。より具体的に説明すると、シャフト4は、シャフト4のうちストッパー3側に位置している端部41においてストッパー3に連続している部位である。また、シャフト4は、図3に示すように、創外固定ピン1を生体100内に埋入したとき、後端部1b側の部位が皮膚101から突出するような長さを有する。シャフト4のうち皮膚101から突出する部位には、図示しない創外固定器が取り付けられる。
【0021】
シャフト4は、柱状である。本実施形態のシャフト4は、略円柱状である。なお、シャフト4の形状は、略円柱状に限定されるものではなく、例えば、多角柱状などの他の形状にすることも可能である。
【0022】
本実施形態のシャフト4は、ストッパー3と一体に成形されている。このような構成によれば、ストッパー3とシャフト4の接続強度を向上させることができる。なお、シャフト4は、必要に応じてストッパー3と別部材で構成することも可能である。
【0023】
シャフト4の構成材料としては、例えば、上述したピン2で例示したのと同じ材料が挙げられる。
【0024】
(コーティング層)
一方、本実施形態の創外固定ピン1は、コーティング層をさらに備えている。本実施形態のコーティング層は、リン酸カルシウム系材料からなる。リン酸カルシウム系材料としては、例えば、ハイドロキシアパタイト(HA)、第3リン酸カルシウム(TCP)、第4リン酸カルシウム(TeCP)を含むリン酸カルシウム系セラミックス、リン酸カルシウム系ガラス、リン酸カルシウム系ガラスセラミックスなどが挙げられ、これらは1種または2種以上を混合して使用してもよい。
【0025】
また、本実施形態のコーティング層は、生体100内において消失性を有する。したがって、本実施形態のコーティング層に、例えば、抗菌剤または抗生剤(抗菌薬)などを含有(担持)させると、コーティング層の消失性を利用して抗菌剤などを生体100内に徐放させることができる。コーティング層の消失速度および消失期間は、例えば、リン酸カルシウム系材料の組成、結晶度、コーティング層の厚さなどで調整することができる。
【0026】
リン酸カルシウム系材料の結晶度は、90%以下が好ましく、10〜90%がより好ましい。これにより、コーティング層が生体100内において確実に消失性を有するようになる。結晶度は、X線回折法によって測定される値である。
【0027】
コーティング層の厚さとしては、5〜100μmであるのが好ましいが、これに限定されるものではない。コーティング層は、単層であってもよいし、複数層であってもよい。
【0028】
コーティング層に含有させる抗菌剤としては、例えば、天然系抗菌剤、有機系抗菌剤、無機系抗菌剤などが挙げられる。天然系抗菌剤としては、例えば、ヒノキチオールなどが挙げられる。有機系抗菌剤としては、例えば、ベンザルコニウムなどが挙げられる。無機系抗菌剤としては、例えば、銀、銅、亜鉛などの金属が挙げられる。本実施形態の無機系抗菌剤は、銀イオン、銅イオン、亜鉛イオンなどの金属イオンの抗菌作用を利用する。無機系抗菌剤としては、例示した金属のうち銀が好ましい。
【0029】
また、コーティング層に含有させる抗生剤としては、例えば、バンコマイシンなどが挙げられる。上述した抗菌剤および抗生剤は、混合して使用することができる。なお、抗菌剤または抗生剤をコーティング層に含有させる方法としては、公知の方法が採用可能であり、特に限定されるものではない。
【0030】
コーティング層の積層方法としては、例えば、溶射法、蒸着法、湿式コーティング法などが挙げられる。溶射法としては、例えば、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法、プラズマ溶射法などが挙げられる。蒸着法としては、例えば、スパッタリング法、イオンプレーテイング法、イオンビーム蒸着法、イオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。湿式コーティング法としては、例えば、ゾルゲル法などが挙げられる。
【0031】
上述したコーティング層の好ましい構成としては、例えば、銀を含有するハイドロキシアパタイトを溶射法によって積層した銀ハイドロキシアパタイト溶射被膜などが挙げられる。このような構成によれば、コーティング層が抗菌性コーティング層として機能することから、創外固定ピン1を抗菌性生体インプラントとして機能させることができる。
なお、コーティング層のより詳細な説明については、例えば、特許第5069888号公報などに記載されている。
【0032】
ここで、本実施形態の創外固定ピン1は、図1に示すように、上述したコーティング層を第1コーティング層5、第2コーティング層6および第3コーティング層7として備えている。そして、本実施形態では、第1コーティング層5を、上述したストッパー3に積層している。また、第2コーティング層6を、ピン2のうちストッパー3側に位置している端部21を含む部位22に積層している。第3コーティング層7を、シャフト4のうちストッパー3側に位置している端部41を含む部位42に積層している。これらの構成によれば、以下のような効果が得られる。
【0033】
すなわち、第1〜第3コーティング層5〜7を構成する本実施形態のコーティング層は、上述のとおり、リン酸カルシウム系材料からなる。リン酸カルシウムであるアパタイトは、皮膚101および軟部組織102に対して親和性が高く、隙間感染防止効果を奏することが知られている(例えば、伊藤 敦夫、“アパタイト晶析を利用した生理活性分子固定による再生医療材料の創製”、[online]、[平成27年4月17日検索]、インターネット<URL:https://www.jstage.jst.go.jp/article/scej/2009f/0/2009f_0_441/_pdf>参照)。本実施形態の創外固定ピン1は、図3に示すように、皮膚101および軟部組織102に接触する部位に第1コーティング層5および第3コーティング層7を積層していることから、皮膚101と第3コーティング層7との密着、並びに軟部組織102と第1コーティング層5および第3コーティング層7との密着によって生体100内への細菌の侵入を抑制することができ、結果として術後感染を予防することができる。また、ピン2に積層している第2コーティング層6によって、骨103内への細菌の侵入を抑制し、骨髄炎を予防することができる。
【0034】
特に、第1〜第3コーティング層5〜7が上述した銀ハイドロキシアパタイト溶射被膜である場合には、第1〜第3コーティング層5〜7が抗菌成分を含有しているため、例えば、患者の過度の動作によって皮膚101との密着部位が破断し、細菌が生体100内へ侵入したとしても、侵入してきた細菌をその場で殺菌することができ、組織深部(骨内部)への細菌の侵入を抑制することが可能となる。すなわち、第1〜第3コーティング層5〜7が銀ハイドロキシアパタイト溶射被膜である場合には、リン酸カルシウム系材料による組織密着効果と、抗菌成分による殺菌効果という、感染に対する二重の防衛を実現することができる。この点は、第1〜第3コーティング層5〜7に銀以外の他の抗菌剤または抗生剤を含有させる場合についても同様である。
【0035】
本実施形態では、第2コーティング層6のうちストッパー3から遠い側に位置している端部61が、ストッパー3近傍に位置している。このような構成によれば、第2コーティング層6と骨103が固着して創外固定ピン1を生体100内から抜去するときの抜去性が低下するのを抑制しつつ、第2コーティング層6による骨103内への細菌の侵入を抑制する効果を得ることができる。この効果を得るうえで、回転軸Sに平行な方向における第2コーティング層6の長さL6としては、0.1〜5mmであるのが好ましく、0.5〜4mmであるのがより好ましく、1〜3mmであるのがさらに好ましいが、これらに限定されるものではない。
【0036】
本実施形態では、創外固定ピン1を生体100内に埋植したとき、第3コーティング層7のうちストッパー3から遠い側に位置している端部71が、皮膚101よりも上方に位置する。このような構成によれば、皮膚101と第3コーティング層7とを確実に密着させて、生体100内への細菌の侵入を抑制することができる。
【0037】
本実施形態では、上述した第1〜第3コーティング層5〜7のそれぞれが、互いに連続している。また、第1〜第3コーティング層5〜7のそれぞれの構成が、実質的に同一である。これらの構成によれば、第1〜第3コーティング層5〜7のそれぞれを創外固定ピン1の特定の部位に積層するときの作業性を向上させることができる。なお、第1〜第3コーティング層5〜7のそれぞれの構成は、必要に応じて異ならせることも可能である。
【0038】
以上、本発明に係る好ましい実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。
【0039】
例えば、上述の実施形態では、生体インプラントが創外固定ピン1である場合を例にとって説明したが、本実施形態の生体インプラントは、骨103内に埋植されて軟部組織102にも接触し、永久的な埋植ではなく、治癒後には生体100内から抜去されることを前提とする生体インプラントに適用することができる。
【0040】
具体例を挙げると、図4に示す生体インプラントが挙げられる。図4に示す生体インプラントは、内固定用の骨スクリュー10である。骨スクリュー10は、その先端部10a側から順に、スクリュー状のピン12および略円盤状のストッパー13を備えており、上述した創外固定ピン1と同様に、第1コーティング層5および第2コーティング層6を備えている。
【0041】
また、骨スクリュー10は、図4(b)に示すように、ストッパー13の上面131に位置している凹部14をさらに備えている。凹部14は、骨スクリュー10を回転させる図示しない治具が挿入される部位として機能する。
その他の構成は、上述した一実施形態に係る創外固定ピン1と同様であるので、説明を省略する。
【0042】
なお、本実施形態の生体インプラントは、上述した創外固定ピン1および骨スクリュー10の他に、例えば、スパイナルロッド(spinal rod)、ペディクルスクリュー(pedicle screw)、およびセットスクリュー(set screw)を備える脊椎矯正用デバイスなどにも適用することができる。
【0043】
また、上述した実施形態では、図2(b)に示すように、回転軸Sに垂直な方向から創外固定ピン1を見たとき、ストッパー3がピン2側を長辺31とする略台形状であるが、これに代えて、ストッパー3の形状を、例えば、図5(a)〜(d)に示すストッパー3A1〜3D1のような形状にすることができる。なお、ストッパー3の形状は、ストッパー3A1〜3D1の形状に限定されるものではない。
【0044】
また、上述した実施形態では、図2(c)に示すように、先端部1a側から創外固定ピン1を見たとき、ストッパー3が略リング状であるが、これに代えて、ストッパー3の形状を、例えば、図6(a)〜(d)に示すストッパー3A2〜3D2のような形状にすることができる。なお、ストッパー3の形状は、ストッパー3A2〜3D2の形状に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0045】
1 創外固定ピン
1a 先端部
1b 後端部
2 ピン
21 端部
22 部位
D2 直径
L2 長さ
3 ストッパー
31 長辺
D3 直径
4 シャフト
41 端部
42 部位
5 第1コーティング層
6 第2コーティング層
61 端部
L6 長さ
7 第3コーティング層
71 端部
10 骨スクリュー
10a 先端部
12 ピン
13 ストッパー
131 上面
14 凹部
3A1、3B1、3C1、3D1 ストッパー
3A2、3B2、3C2、3D2 ストッパー
100 生体
101 皮膚
102 軟部組織
103 骨
104 境界部
T 厚み
S 回転軸
図1
図2
図3
図4
図5
図6