JP6310922B2 - プログラム可能な移植片、および骨構造を修復するためにプログラム可能な移植片を用いる方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に医療用デバイスに関し、より詳細には、移植片に関する。

１本以上の骨を支持および／または固定するために、ヒトおよび／または動物に移植片が使用され得る。例えば、脊柱内の椎骨の間にある損傷した組織を支持および／または交換するために、移植片が脊柱内で用いられ得る。２つの椎骨の間に移植された時点で、移植片は２つの椎骨の間に支持を提供し得、長期の支持のために２つの椎骨を少なくとも部分的に癒合させるように、移植片の周囲と移植片を貫通して骨が成長し得る。移植片は、例えば、端板と相互作用する領域の５０％を覆い得る、固体材料を有する比較的大きい周縁部を含み得る。周縁部は、移植片および椎端板の間に接触領域を提供し得る。大きい周縁部は、いくつかの欠点を有してよい。例えば、大きい周縁部は骨成長を妨げ、上部および下部の椎体を癒合させる骨柱の大きさを低減し得る。加えて、大きい周縁部は負荷を優先的に支持および区分けし、力の分配および反応を調整することを防ぐ。荷重を局在化させる過程は、椎体の他の領域の負荷を少なくするのにも供し、それにより、負の微小歪みによる局地的な再吸収を活発にする。

脊柱移植片は、上／下方向に支持周縁部の中心を通じる開経路を含み得る。開経路設計は、椎端板の間の圧縮力を吸収するために、椎端板と相互作用する周縁部を分離する移植片の部材を要求し得る。これは、椎端板のより小さい領域上の圧力を増加させ得、椎端板内に応力集中部を潜在的にもたらし得る。さらに、骨接合材料がしばしば骨成長を促すために移植片と併せて用いられる一方で、移植片の開柱設計は、骨接合材料を移植片に固定させる可能性を低減させることがあり、この結果、良好な癒合を促進することのない生物機械的な協働が生じ得る。

骨接合材料を椎端板間に配置する際に、骨接合材料が移植片を出てしまうのを防ぐために、骨接合材料が、高圧状態で移植片に詰め込まれ得る。この高圧状態は、移植片および椎端板の間における運動、または移植片の定着の最中に経験される圧縮力に起因する、骨接合材料が弛緩する可能性を低減もし得る。加えて、高圧環境は、骨接合材料がより大きい強度で再造形および癒合できるようにもし得る。しかしながら、高圧状態は、移植片内の骨接合材料のために生成および維持することが困難であり得る。特に、大容量の接合片の取り付けを行わないため、通常の運動範囲内で予期される差分荷重を完全に受容または統合することができない。

移植片システムおよび関連する装置、およびこれを操作する方法の様々な実施形態が本明細書に記載される。様々な実施形態では、骨構造と境界を接するための移植片は、細胞、基質、およびイオン環境を含むヒトの骨組織と境界を接するように構成された、空間トラスを含む網状構造を含む。空間トラスは、節点で接合された複数の支柱を有する２つ以上の平面トラス単位を含む。

一実施形態では、骨構造と境界を接するための移植片は、節点で接合された複数の支柱から形成される網状構造を含み、網状構造は、ヒトの骨組織と境界を接するように構成される。支柱の直径および／または長さ、ならびに／あるいは網状構造の密度は、網状構造が骨構造、その基質、またはそれに由来する細胞と接触するときに、支柱の少なくとも一部が、接着性の骨芽細胞、骨基質、または層状組織に伝達される、約１με〜約５０００με、または約５００με〜２０００με、または約１０００με〜約１５００με、または合間における圧縮、および両方の屈曲、拡張、トルク、またはそれらの組み合わせにおける荷重との共鳴の負の反転までに微小歪みを生成するようにあらかじめ決定される。こうした範囲は、既知の負荷−反応動力学に対して最適化されるが、活動および反応に対する制限よりむしろ案内として意味されている。支柱の直径および／または長さは、支柱の少なくとも一部が、約０．０５％〜約０．２％、または骨形成反応を引き起こす約０．１％〜約０．１５％の、接着性の骨芽細胞、骨基質、または層状組織の長さの変化を荷重の最中に生成するようにあらかじめ決定される。支柱は、約１ｍｍ〜約１００ｍｍの長さを有してよい。支柱の直径は、網状構造が骨構造と接触するときに、支柱が、約０．０５％〜０．２％の、接着性の骨芽細胞の長さの変化を生成するようにあらかじめ決定され得る。代替的には、支柱の直径は、支柱が、約０．０００１２５％〜０．０００５％、または約０．０００２５％〜０．０００３７５％の長さの変化を受けるようにあらかじめ決定される。一部の実施形態では、支柱の少なくとも一部は、１ｍｍ〜１００ｍｍの長さ、および０．２５０ｍｍ〜５ｍｍの範囲の直径を有する支柱から構成される。

一実施形態では、骨構造と境界を接するための移植片は、節点で接合された複数の支柱から形成される網状構造を含み、網状構造は、ヒトの骨組織と境界を接するように構成される。網状構造は、一部の実施形態において、第１の骨接触表面および第２の骨接触表面を含む。空間トラスを含む支柱の第１の部分は、空間トラスを含む支柱の第２の部分とは物理的性質が異なる。空間トラスを含む支柱の第１の部分は、空間トラスを含む支柱の第２の部分とは異なる、変形強度、被定義長さ、直径、その長さに沿う差分直径、密度、有孔率、またはこうした物理的性質の任意の組み合わせを有してよい。一実施形態では、空間トラスは、第１の骨接触表面から第２の骨接触表面に延在する１つ以上の中央支柱を含み、中央支柱は、周囲の支柱よりも変形強度が高いまたは低い。一実施形態では、空間トラスは、第１の骨接触表面および／または第２の骨接触表面に平行に延在する１つ以上の縦支柱を備え、縦支柱は、周囲の支柱よりも変形強度が高いまたは低い。支柱の第１の部分の直径は、支柱の第２の部分の直径より大きくてよい。支柱の第１の部分を形成するために使用される材料は、支柱の第２の部分を形成するために使用される材料とは異なってよい。

本発明の利点は、添付の図面を参照することにより、実施形態の以下の詳細な記載の恩恵を受ける当業者にとって明白となろう。

一実施形態に係る、前弯のある移植片の図を示す。 一実施形態に係る、前弯のある移植片の図を示す。 一実施形態に係る、前弯のない移植片の図を示す。 一実施形態に係る、前弯のない移植片の図を示す。 一実施形態に係る、前弯のない移植片の図を示す。 一実施形態に係る、前弯のない移植片の図を示す。 一実施形態に係る、三角形状の構成単位を備えて形成された網状構造を示す。 一実施形態に係る、三角形状の構成単位を備えて形成された網状構造を示す。 一実施形態に係る、移植片の内部網状構造の上面構造を示す。 一実施形態に係る、移植片の内部網状構造の上面構造を示す。 一実施形態に係る、移植片の内部構造を示す、段階に切断した移植片の図を示す。 一実施形態に係る、移植片の内部構造を示す、段階に切断した移植片の図を示す。 一実施形態に係る、移植片の内部構造を示す、段階に切断した移植片の図を示す。 一実施形態に係る、移植片の等角図を例示する。 一実施形態に係る、網状構造の別の構成を示す。 一実施形態に係る、網状構造の別の構成を示す。 一実施形態に係る、網状構造の別の構成を示す。 一実施形態に係る、網状構造の別の構成を示す。 一実施形態に係る、乱雑な網状構造を示す。 一実施形態に係る、移植片を作製するための方法のフローチャートを示す。 一実施形態に係る、脊柱移植片を移植するための方法のフローチャートを示す。 移植片にわたって分配される応力の図を示す。 骨芽細胞に対する圧縮の影響の模式図を示す。 骨芽細胞に対する圧縮の影響の模式図を示す。 骨芽細胞に対する圧縮の影響の模式図を示す。

本発明は様々な修正および代替的な形態が可能であるが、本発明の特定の実施形態が図面において例として示され、本明細書で詳細に記載される。しかしながら、図面およびその詳細な記載は、本発明を開示されている具体的な形態に限定することを意図されておらず、むしろ、添付の請求の範囲により定義されているとおりの本発明の趣旨および範囲に入る全ての修正、均等物、および代替物を包含することを意図することを理解されたい。見出しは構成のみを目的としており、明細書または請求の範囲を限定または解釈するのに用いられることを意味されていないことに留意されたい。

図１Ａ〜１Ｂは、一実施形態に係る、移植片１００の図を示す。具体的に図示されている移植片１００は、例えば、前方腰椎体間癒合（ＡＬＩＦ）または後方腰椎体間癒合（ＰＬＩＦ）に使用され得るが、移植片１００は、骨癒合用途に適した様々な形状を有してよいことを理解されたい。一部の実施形態では、移植片１００は、１つ以上のトラス１０２（例えば、平面および空間トラス）を有する網状構造を含み得る。移植片１００は、脊柱移植片、椎体切除術機器、膝交換物、臀部交換物、長骨再構築足場、および頭蓋−顎顔面移植片、足および足首、手および手首、肩および肘（大関節、小関節、末端ならびに特注の外傷用移植片）等の、ヒトまたは動物用の様々な種類の移植片に使用され得る。他の移植片の使用も熟慮されている。

本明細書において使用される場合、「トラス構造」は、節点と呼ばれる接合部で接続された１つ以上の長尺状の支柱を有する構造である。トラスは、プラットトラス、キングポストトラス、クイーンポストトラス、町の格子トラス（town's lattice truss）、平面トラス、空間トラス、および／またはフィーレンデールトラスの変型を含み得る（他のトラスを用いることもできる）。「トラス単位」は、３つ以上の長尺状の支柱により画定された周辺を有する構造である。

本明細書において使用される場合、「平面トラス」は、支柱および節点の全てが単一の二次元平面内に実質的に存在するトラス構造である。平面トラスは、例えば、１つ以上の「トラス単位」を含み得、そこで、支柱のそれぞれは略直線状の部材であり、そのため、１つ以上のトラス単位の支柱および節点の全体が略同一平面に存在する。支柱のそれぞれが略直線状の支柱であり、かつトラス単位の支柱および節点の全体が略同一平面に存在するトラス単位は、「平面トラス単位」と呼ぶ。

本明細書において使用される場合、「空間トラス」は、単一の二次元平面内に実質的に拘束されない支柱および節点を有するトラスである。空間トラスは、２つ以上の平面トラス（例えば、平面トラス単位）を含み得、そこで、２つ以上の平面トラスのうち少なくとも１つは、他の２つ以上の平面トラスのうち少なくとも１つ以上の平面に略平行でない平面に存在する。空間トラスは、例えば、互いに隣接する（例えば、共通の支柱を共有する）２つの平面トラス単位を含み得、そこで、平面トラス単位のそれぞれは、互いに対して斜めの（例えば、互いに平行でない）別個の平面に存在する。

本明細書において使用される場合、「三角トラス」は、節点と呼ばれる接合部で接続された３つの直線状の支柱により形成される１つ以上の三角ユニットを有する構造である。例えば、三角トラスは、三角形状のトラスを形成するように３つの節点で互いに連結される、３つの直線状で長尺状の支柱部材を含み得る。本明細書において使用される場合、「平面三角トラス」は、支柱および節点の全てが単一の二次元平面内に実質的に存在する三角トラス構造である。各三角ユニットは、「三角トラス単位」と称され得る。支柱のそれぞれが略直線状の部材であり、そのため、三角トラス単位の支柱および節点の全体が略同一平面に存在する三角トラス単位は、「平面三角トラス単位」と呼ぶ。本明細書において使用される場合、「三角空間トラス」は、１つ以上の三角トラス単位を含む空間トラスである。

様々な実施形態では、網状構造のトラス１０２は、様々な節点で接続された直線状または曲線状／アーチ状の部材（例えば、支柱）で構築された１つ以上の平面トラス単位（例えば、平面三角トラス単位）を含み得る。一部の実施形態では、トラス１０２はマイクロトラスであってよい。「マイクロトラス」は、十分に小さい寸法を有するトラスであり、そのため、複数のマイクロトラスを、十分に小さい全体の寸法（例えば、高さ、長さおよび幅）を有する網状構造を形成するように組み立てるか、またはそうでなければ互いに連結することができ、そのため、網状構造の実質的に全てを移植場所（例えば、２つの椎骨の間）内に挿入することができる。そのため、そのような網状構造およびそのマイクロトラスを、網状構造の至る所で周囲組織（例えば、椎骨、骨、または同様のもの）の荷重力を受けて分配するために使用することができる。１つの実施形態では、マイクロトラスを形成する支柱の直径は、直径で約０．２５ミリメートル（ｍｍ）および５ｍｍの間（例えば、約０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、または５ｍｍの直径）であってよい。１つの実施形態では、マイクロトラスは、約１インチ未満の全長さまたは全幅（例えば、約０．９インチ、０．８インチ、０．７インチ、０．６インチ、０．５インチ、０．４インチ、０．３インチ、０．２インチ、０．１インチ未満の長さ）を有してよい。

例えば、図１Ａ〜１Ｂに図示されているように、網状構造は、移植片１００にわたって支持を提供するように、（移植片１００の中央部分を含む）移植片１００にわたって延在し得る。そのため、移植片１００のトラス１０２は、引張力、圧縮力、および剪断力に対して移植片１００を支持し得る。網状構造は、複数の平面に沿って移植片１００を補強することもできる。例えば、外部トラス構造は、移植片を通じて垂直に作用する引張および圧縮の力に対して支持を提供し得、内部網状構造は、各々のトラスを包含する様々な平面に沿って、引張、圧縮、および剪断の力に対して支持を提供し得る。一部の実施形態では、網状構造は、複数の支柱（例えば、支柱１０３ａ〜ｆ）（支柱は、本明細書では総称して「支柱１０３」と呼ぶ）を有する三角形の網状構造を形成するトラス１０２を含む。

１つの実施形態では、移植片１００の網状構造は、外部トラス構造により少なくとも部分的に取り囲まれた内部網状構造を含み得る。例えば、１つの実施形態では、網状構造１０１は、単一の平面内に実質的に存在する複数の平面トラス単位を備えて形成された１つ以上の平面トラスを含む外部トラス構造により包囲される空間トラスの少なくとも一部を有する、空間トラスを含む内部網状構造を含み得る。図１Ａは、内部網状構造１０４および外部トラス構造１０５を有する移植片１００の実施形態を図示している。図に示した実施形態では、内部網状構造１０４は、互いに対してある角度で連結された複数の平面トラス単位１０６により画定された空間トラスを含み、そのため、それぞれの隣接するトラス単位は、それぞれの隣接するトラス単位と共平面でない。隣接するトラス単位は、支柱を共有する２つのトラス単位、および共有される支柱の端部にある各々の２つの節点を含み得る。

１つの実施形態では、外部トラス構造１０５は、移植片の外部、内部または他の部分の周囲に連結される複数の平面トラスを含む。例えば、図に示した実施形態では、外部トラス構造１０５は、互いに連結される一連の平面トラス１０７ａ，ｂを含む。平面トラス１０７ａは破線［−−−−−］により示され、平面トラス１０７ｂは点破線［−・−・−］により示されている。それぞれの平面トラスは、複数の平面トラス単位（例えば、三角平面トラス単位）から形成される。図に示すように、平面トラス１０７ａは、共通の頂点１１０を有し、かつ単一の共通平面に存在する略長方形の構造を形成するように配列された、４つの三角平面トラス単位１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄを含む。言い換えれば、４つの三角平面トラス単位は、長方形の構造の１つの角から長方形の構造の反対側の角に延在する「Ｘ」形状の支柱を有する、実質的に長方形の構造を形成するように配列される。図に示すように、実質的に長方形の構造は台形状を含み得る。下記でより詳細に記載されているように、台形状は、前弯を含め、移植片を提供することに資し得る。移植片が、椎柱の湾曲を支持することを補助するように、前弯は、移植片の前方および後方の部位での厚さの差異を提供する移植片の表面（例えば、頂部および底部）の斜めの向きを有してよい。

１つの実施形態では、外部トラスを形成する平面トラスは互いに連結され、少なくとも１つの軸に沿って整列される。例えば、図１Ａでは、平面トラス部分１０７ａは隣接する平面トラス１０７ｂに連結される。平面トラス部分１０７ａ，ｂは全ての方向において平行でない。しかしながら、平面トラス部分１０７ａ，ｂは、少なくとも１つの方向（例えば、移植片１００の頂部および底部の面の間の垂直方向）において互いに平行に配列される。例えば、平面トラス１０７ａ，ｂおよび追加の平面トラスは、垂直方向に配列された平面トラスおよび平面トラス単位により画定された実質的に垂直の壁を有する、略円形または多角形状の囲いを形成するように、互いに対してある角度で直列に配列される。

１つの実施形態では、外部トラス部分は、移植片の側部、頂部、および／または底部を包含し得る。例えば、１つの実施形態では、外部トラス部分は、頂部位、側部位、および／または底部位を含み得る。図１Ａは、外部トラス部分１０５が頂部１１１、底部１１２および側部位１１３を含む、移植片１００の実施形態を図示している。上記に記載されているように、側部位１１３は、移植片１００の中央部分内に配置された空間トラスの周辺を完全にまたは少なくとも部分的に包囲する円形／多角形で環状の構造を形成するように垂直に配列された一連の平面トラスを含む。図示されている実施形態では、外部トラス構造１０５の頂部分１１１は、内部網状構造１０４の頂部位の実質的に全てを覆う平面トラスを形成するように互いに連結された複数のトラス単位を含む。図に示した実施形態では、頂部分１１１は、外部トラス構造１０５の側部分１１３の頂部縁の間にある部位に全体的に広がる。図に示した実施形態では、頂部分１１１は、略同一平面に存在する複数のトラス単位を含む単一の平面トラスから形成される。言い換えれば、頂部分１１１の平面トラスは略平坦な表面を画定する。図１で視認するのは困難だが、移植片１００の下側は、頂部分１１１と同様の構成を有する底部分１１２を含み得る。他の実施形態では、外部トラス構造１０５は、部分的な側部、頂部、および／または底部の外部トラス部分を含み得る。あるいは、側部、頂部および底部の外部トラス部分のうち１つ以上を含み得ない。例えば、下記でより詳細に記載されているように、図２Ｃは、外部トラス構造を有しない、空間トラスから形成された内部網状構造を含む移植片１００の実施形態を図示している。

一部の実施形態では、移植片１００は、チタン合金（例えば、γチタンアルミナイド）、コバルト、クロム、ステンレス鋼、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、セラミックスなどのような生体適合性材料から形成され得る。他の材料も熟慮されている。一部の実施形態では、下記にさらに記載されているように、移植片１００は、高速試作処理（例えば、電子線溶融（ＥＢＭ）処理）を通じて形成され得る。他の処理も考えられる（例えば、射出成型、鋳造、焼結、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）など）。ＳＬＳは、アメリカ合衆国ミシガン州ノヴィ所在のＥＯＳ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．により提供されているもののような高性能重合体のレーザ焼結を含み得る。高性能重合体は、様々な形態のＰＥＥＫ（例えば、約９５メガパスカル（ＭＰａ）までの引張強度、および約４４００ＭＰａまでのヤング率、および約１８０℃（３５６°Ｆ）〜２６０℃（５００°Ｆ）の連続動作温度を有するＨＰ３）を含み得る。他の材料は、ＥＯＳ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．により提供されているＰＡ １２およびＰＡ １１を含み得る。

上記に記載されているように、一部の実施形態では、網状構造は複数の三角平面トラス単位から形成され得る。一部の実施形態では、内部網状構造を画定する多面体を画定するように、平面トラス単位は互いに連結され得る。平面トラス単位を接合することにより生成され得る多面体構造の例としては、四面体、五面体、六面体、七面体、角錐、八面体、十二面体、二十面体、および球状フラーレンが挙げられるが、それらに限定されない。上記に記載されているもののような、一部の実施形態では、網状構造の空間トラスは、四面体の構成単位の複数の中点を接続し、互いに隣接して配列された規則的なパターンの四面体のブロックを含み得る。一部の実施形態では、網状構造は、あるパターンの幾何学的な構成単位を含み得ない。例えば、図７は、移植片９０５に使用され得る不規則なパターンの支柱を示す。他の網状構造も熟慮されている。網状構造から構成される移植片の例は、米国特許出願公開第２０１０／０１６１０６１号、同第２０１１／０１９６４９５号、同第２０１１／０３１３５３２号、および同第２０１３／００３０５２９号に記載されており、それらのそれぞれは参照により本明細書に援用される。

図３Ａ〜３Ｂは、三角平面トラス単位から形成された空間ユニットを備えて形成された内部網状構造の一部の模式図を示す。ビルディングブロックとして用いることもできる四面体３００ａ，ｂを形成するように、三角平面トラス単位が共に接合され得る（三角形からの他のパターンも熟慮されている）。他の構成単位も熟慮されている（例えば、正方形状の構成単位）。一部の実施形態では、網状構造は、四面体３００ａまたは３００ｂ等の単一の四面体を、単独でまたは１つ以上の他の多面体と組み合わせて含み得る。一部の実施形態では、網状構造は２つ以上の四面体３００ａ，ｂを含み得る。四面体３００ａは、その中で４つの三角形のうち３つがそれぞれの頂点で接する４つの三角面を含み得る。一部の実施形態では、２つの四面体３００ａ，３００ｂは、（６つの面を含む）六面体形状の枠を有する空間トラス３１３を形成するように、２つの隣接する面に共に置かれ得る。六面体形状の空間トラス３１３は、第１の頂点３０１、第２の頂点３０９、第３の頂点３０３、第４の頂点３０５、および第５の頂点３０７を含み得る。共通平面３１１から離れて離間された第１の頂点３０１および第２の頂点３０９を有する四面体を形成するように、共通平面３１１を２つの四面体により共有してよい（例えば、共通平面３１１は、第３の頂点３０３、第４の頂点３０５、および第５の頂点３０７を有してよい）。図に示すように、三角形状の構成単位の中央部分は、いかなる追加の部材も含まない（例えば、三角形状の構成単位を形成する支柱以外の部材が全くない）、それらの中央内の空虚な部位を有してよい。

図３Ｂで見られるように、一部の実施形態では、複数の六面体形状の空間トラス３１３は並べて配列され得る。移植片１００の２つの空間トラス３１３を、第１の頂点３０１ａ，ｂを介して支柱１０３ｒを通じて接続し、第２の頂点３０９ａ，ｂを介して支柱１０３ｔを通じて接続し得る。同様に、２つの空間トラス３１３を、第１の頂点３０１ｃ，ｄを介して支柱１０３ｐを通じて接続し、第２の頂点３０９ｃ，ｄを介して支柱１０３ｓを通じて接続し得る。他の接続も考えられる。例えば、空間トラス３１３は、側部頂点を通じて直接的に（例えば、（頂点３０３ａ，ｂ等の）対応する頂点を通じて直接的に）接続し、および／または（支柱１０３ｕ等の）共通支柱を、および／または側部面（例えば、側部面１１１ａ，ｂ）を通じて共有してよい。

図４Ａは、移植片１００内の４つの六面体形状の空間トラスの（３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄによりそれぞれ示される）第１の頂点を接続する追加の支柱１０３（例えば、支柱１０３ｐ，１０３ｒ）を示す。図４Ｂは、移植片１００内の４つの六面体形状の空間トラスの（３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃ，３０９ｄによりそれぞれ示される）第２の頂点３０９を接続する追加の支柱１０３（例えば、支柱１０３ｓ，１０３ｔ）を示す。一部の実施形態では、追加のトラスを形成するために、網状構造の１つ以上の頂点の間において追加の支柱１０３を内部で用いることもできる（例えば、図１Ａ〜２Ｂにおける網状構造を参照されたい）（他の構造も考えられる）。

図１Ａに示されているように、移植片１００の頂部表面１１５ａおよび底部表面１１５ｂは、三角形、正方形、円または他の形状（例えば、乱雑なまたは特注の設計）を含み得る。頂部および底部の表面１１５ａ，ｂは、移植片１００の網状構造に使用される様々な幾何学的な構成単位の頂部および底部の頂点を接続するために用いられ得る。例えば、それぞれの頂点を、支柱を通して、他の幾何学的な構成単位の近隣の頂点に接続し得る。頂部表面１１５ａは、他の支柱の網状組織および／または接続部を含み得る。一部の実施形態では、底部表面１１５ｂは頂部表面を鏡映し（および／または他の設計を有し）得る。一部の実施形態では、頂部表面１１５ａおよび底部表面１１５ｂは、移植片１００が移植されるときに２つの隣接する椎骨の各々の表面に係合し得る。

図１Ｂに図示されているように、移植片１００は、移植されるときに隣接する椎骨をさらに支持するための前弯（例えば、約４〜１５度（４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５度等の）の範囲の頂部および／または底部の表面１１５ａ，ｂにおける角度）を含み得る。上記に記載されているように、移植片が椎柱の湾曲を支持することを補助するように、前弯は、移植片の前方および後方の部分における厚さの差異を提供する表面（例えば、頂部および底部）の斜めの向きを有してよい。図に示した実施形態では、移植片１００の厚さは前方部分１１８またはその近くでより大きく、移植片の後方部分１２０またはその近くでより小さい。図に示した実施形態では、外部トラス構造の側部分は実質的に垂直に配列され、前弯は外部トラス構造の頂部分１１１および底部分１１２の角度により形成される。例えば、図に示した実施形態では、外部トラス構造の頂部分１１１および底部分１１２は、側部分１１３により画定された垂直平面に鉛直でない。むしろ、頂部分１１１および底部分１１２は、移植片１００の前方部位１１８またはその近くで側部分１１３の垂直平面に対して鋭角をもって、かつ、移植片１００の後方部位１２０またはその近くで側部分１１３の垂直平面に対して鈍角をもって配列される。図に示すように、移植片１００の後方部位１２０に近接する外部トラス構造の側部分１１３の平面トラスを形成する垂直支柱は、移植片１００の前方部位１１８に近接する外部トラス構造の側部分を形成する支柱より短い。垂直なトラスが実質的に均等に離間されている、図に示した実施形態では、移植片１００の後方部位１２０に近接する側面の平面トラスの「Ｘ」の交差部材を形成する支柱は、移植片１００の前方部位１１８に近接する側面の平面トラスの「Ｘ」の交差部材を形成する支柱より短い。他の実施形態は、移植片の様々な構成を提供する、トラスの配列における変化形を含み得る。例えば、一部の実施形態では、頂部および底部の外部トラス部分のうち一方のみが、移植片の前方および後方の部分に近接する外部トラスの側部分に非鉛直であってよいか、またはどちらもそうであり得ない。さらに、側部、頂部、および／または底部の部分は、任意の向きにある互いに対して斜めの複数の平面トラスを含み得る。例えば、頂部または底部の部分は、複数のトラス単位でそれぞれ形成された４つの平面トラスを含み得、そのため、当該部分は角錐状の形状を含む。

一部の実施形態では、移植片は前弯を含み得ない。例えば、図２Ａ〜２Ｂは、前弯のない移植片２００の実施形態の２つの図を示す。一部の実施形態では、頂部表面および底部表面は接続支柱を含み得ない。例えば、図２Ｃ〜２Ｄは、外側の支柱を有しない（例えば、平面トラスで形成された外部トラス部分を有しない）移植片２５０の２つの図を示す。図に示した実施形態では、移植片２５０は内部網状構造を含み、かつ外部トラス構造を含まない。例えば、図に示した実施形態では、移植片２５０の外部面は、その隣接するトラス単位のそれぞれに対して斜めの複数のトラス単位により画定される。トラス単位の相対的整列は、複数の尖った連接部を含む非平面の外部を結果的にもたらす。尖った連接部（例えば、尖った連接部２０１）は、（例えば、移植片が椎体切除術機器内で用いられている場合に）移植片を定位置に保持するために、周囲の骨に食い込むように作用し得る。

図５Ａ〜５Ｃは、一実施形態に係る、移植片１００の内部構造を示す、移植片１００の進展する区分された図を示す。図５Ａは、移植片１００の下部分の区分された図を示す。底部表面１１５ｂは、底部表面１１５ｂから上方に延在する様々な支柱（例えば、支柱１０３）と共に図示されている。図５Ｂは、移植片１００のほぼ途中の切断された図を示す。網状構造内の様々な積み重なった四面体により共有される、支柱１０３ｅ，ｆ等の支柱が図示されている。いくつかの支柱は、移植片１００の中央部分５０１ａおよび／または５０１ｂを通じて延在する。図５Ｂも、移植片１００の中央部分５０１ａ，ｂを示している。一部の実施形態では、中央部分５０１ａは、移植片の幅の約５０％の幅、移植片の高さの約５０％の高さ、および移植片の長さの約５０％の長さを有し、移植片１００の中央に位置する長方形の部位を含み得る。一部の実施形態では、中央部分５０１ｂは、移植片１００の幅の約二分の一、その長さの約二分の一、かつその高さの約二分の一にほぼ位置する位置の周りにある、ほぼ移植片１００の幅の約１／８〜１／４の半径の部位（例えば、球状の部位、正方形の部位など）（すなわち、移植片１００の中央）を包含し得る。他の中央部分も熟慮されている。例えば、中央部分は、移植片の幅の約二分の一、その長さの約二分の一、かつその高さの約二分の一の位置の周りにある、移植片１００の幅の約１／４〜１／２の正方形の部位の側面のうち１つの長さを有する正方形の部位を含み得る。一例の高さ５０２ａ、幅５０２ｂ、および長さ５０２ｃが、図５Ｄに示されている。一部の実施形態では、高さは約７５ｍｍ以上までであってよい。長骨再構築に用いられるもののような一部の実施形態では、幅および／または長さが約７インチ以上であってもよい。一部の実施形態では、幅、長さ、および／または高さは移植片１００に沿って変動し得る（例えば、移植片が前弯を含む場合に高さは変動し得る）。高さは、対向する側面、中間部のうち１つでとられ得、かつ／または、移植片１００の長さに沿う１つ以上の高さの平均であってよい。網状構造は、移植片の中央部分５０１ａ，ｂを通じて延在し得る（例えば、網状構造の少なくとも１つの支柱は、少なくとも部分的に中央部分５０１ａ，ｂを通過し得る）。図５Ｃは、網状構造内の頂部の四面体の区分された図を示す別の区分された図を示す。図５Ｄは、頂点３０１ａ〜ｄを有する頂部表面１１５ａを含む移植片１００の完全な図を示している。

図６Ａ〜６Ｄは、移植片の代替的な実施形態を示す。一部の実施形態では、六面体形状の幾何学的設計の異なる区分が用いられ得る。例えば、図６Ａで見られるように、（より低い四面体構造を主に含む）六面体形状の幾何学的設計の底半分が用いられ得る。当該設計の底半分を用いる場合に、六面体形状の幾何学的設計と同様の全体の寸法を有するように、移植片６００は比例して拡張され得る（例えば、六面体形状の幾何学的設計とほぼ同じ高さを移植片６００に与えるために、四面体は、六面体形状の幾何学的設計内の四面体の高さの約二倍に拡張され得る）。一部の実施形態では、移植片６００に前弯を、一部の実施形態では、椎端板の間により良好な嵌合を有するように提供するために、移植片６００も（例えば、頂部表面６０１ａおよび／または底部表面６０１ｂ上で）角度を付けられ得る。頂部表面６０１ａおよび／または底部表面６０１ｂも、移植片６００の節点を接続する支柱を含み得る（例えば、図６ａにおける頂部表面上の支柱網状組織を参照されたい）。頂部表面６０１ａおよび／または底部表面６０１ｂ用の支柱の他のパターンも用いられ得る。一部の実施形態では、移植片６００は支柱の間に負の角度を含み得ず、そのため、鋳造または成型の処理を通じて生成することがより容易であってよい。

図６Ｃ〜６Ｄは、移植片の別の代替的な実施形態を示す。一部の実施形態では、六面体形状の幾何学的設計の約４０〜６０パーセントの中間部が、移植片６５０に使用され得る。例えば、六面体形状の幾何学的設計の全体の高さが約３７ｍｍである場合に、当該設計の底部の約１０ｍｍおよび頂部の約１０ｍｍが除去され得、当該設計の中間部の約１７ｍｍが移植片に用いられ得る。その後、移植片６５０の中間部分が比例して拡張され得、そのため、拡張された設計のおおよその高さは、約３７ｍｍ（または必要に応じて異なる高さ）であってよい。頂部表面６５１ａおよび底部表面６５１ｂは、支柱の網状組織を含み得る（例えば、図６Ｃの頂部表面６５１ａ上の支柱を参照されたい）（他の支柱の網状組織も熟慮されている）。移植片用の設計の他の部分も熟慮されている（例えば、図１Ａに示されている設計の頂半分、図１Ａに示されている設計の底半分など）。設計部分は、規定の寸法（例えば、規定の高さ、幅、および長さ）を満たすように比例して拡張され得る。一部の実施形態では、支柱の量が低減され得るか、または移植片内の材料が再分配され得、そのため、一部の支柱は直径が大きく、一部は直径が小さくてよい（例えば、異なる直径は異なる方向性の力に対して補強し得る）。一部の実施形態では、部分設計の枠組みが、（例えば、網状構造が四面体を含むように、当該構造の半分と共に）用いられ得る。さらに、一部の実施形態では、移植片は、移植片を椎端板の間に移植するために前弯を提供する斜めの表面（例えば、斜めの頂部表面６５１ａおよび／または斜めの底部表面６５１ｂ）を含み得る。

一部の実施形態では、移植片の網状構造は、移植されるときに移植片にわたって力を分配し得る。例えば、網状構造の接続支柱は移植片の芯にわたって延在し得、支柱の相互接続性は、応力集中部のポテンシャルを低減するように、移植片にわたって圧縮力の応力を分散させ得る（移植片にわたっておける力の分配は、そうでなければ椎骨に損傷を結果的にもたらし得る、椎骨の１つ以上の部分に対する応力の集中を防ぎ得る）。

一部の実施形態では、移植片の網状構造（例えば、移植片の外部および内部の支柱）は、骨接合片癒合のための表面領域を提供することもできる。例えば、移植片にわたって延在する網状構造は、骨接合材料に癒合する追加の表面領域（例えば、移植片を構成する支柱の表面上）を加え、骨接合材料が弛緩するかまたは移植片から移動することを防ぎ得る。一部の実施形態では、網状構造は骨内殖を支持することもできる。例えば、移植されるときに、隣接する骨（例えば、移植片が脊柱移植片として用いられる場合には隣接する椎骨）は、移植片の支柱の少なくとも一部にわたり成長し得る。骨成長部、ならびに骨成長部および移植片の間の係合は、移植片をさらに安定させ得る。一部の実施形態では、移植片の表面が、骨内殖接着を支援する粗い表面を備えて形成され得る。

一部の実施形態では、支柱は、ほぼ、約０．０２５〜５ミリメートル（ｍｍ）の範囲の直径（例えば、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３ｍｍなど）を有してよい。他の直径も熟慮されている（例えば、５ｍｍより大きい）。一部の実施形態では、支柱は、（例えば、例えば、椎端板の間の間隙に嵌合するのに必要な移植片の大きさに依存して）約０．５〜２０ｍｍの範囲の長さを有してよい。別の例として、支柱は、臀部移植片については約３０〜４０ｍｍの範囲の長さを有してよい。一部の実施形態では、網状構造の低減された支柱の大きさは、移植片１００内の開細胞が骨成長を容易にすることができるようにし得る（例えば、移植片１００が体内に移植された時点で、骨は開細胞を通じて成長し得る）。移植片についての平均の陥没は、術後の最初の３週間内で約１．５ｍｍであってよい（他の陥没も考えられる（例えば、約０．５〜２．５ｍｍの間））。陥没にほぼ整合する支柱の大きさ（例えば、直径において約１．５ｍｍの支柱の大きさ、および約１．５ｍｍの陥没）は、移植片が移植された位置に定着した後に、正味０のインピーダンス（例えば、支柱の周りで成長する骨成長部）を結果的にもたらし得る。移植片／椎端板の接点の全部の表面領域の至る所の正味０のインピーダンスは、より安定した癒合をもたらし得る骨のより大きい癒合柱を結果的にもたらし得る。他の癒合柱の大きさも熟慮されている。移植片の構成は、移植片にわたって金属を再分配し得る。一部の実施形態では、周縁部は移植片上に含まれ得ない（一部の実施形態では、周縁部が含まれ得る）。得られた骨成長部（例えば、脊柱）は、移植片を通じて成長し得る。

一部の実施形態では、移植片１００の内部容積の５０％超が開き得る。一部の実施形態では、移植片１００の６０％超、７０％超、および／または８０％超が開き得る（例えば、９５％）。一部の実施形態では、開容積は骨接合材料で充填され得る。例えば、海綿状骨は、移植片の開いている／内部の部位に詰め込まれ得る。

一部の実施形態では、移植片の表面の少なくとも一部は、骨成長および／または骨接着を促進することを意図された材料、および／または感染を防ぐ抗菌剤で被覆／処理され得る。例えば、一部の実施形態では、支柱の表面は、生物学的および／または骨成長の因子で被覆され得る。一部の実施形態では、生物学的因子は、ハイドロキシアパタイト等の被覆剤、骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）、インスリン様成長因子ＩおよびＩＩ、形質転換成長因子−ベータ、酸性および塩基性の線維芽細胞成長因子、血小板由来成長因子、および／または、骨成長部および移植片の表面の間で良好な生物学的固着を容易にする同様の骨成長刺激剤を含み得る。一部の実施形態では、骨成長因子は、細胞の成長、増殖および細胞分化を刺激する能力のある自然発生物質（例えば、タンパク質またはステロイドホルモン）を含み得る。一部の実施形態では、移植片（例えば、支柱、外部トラス構造など）の表面はコラーゲンで被覆され得る。

一部の実施形態では、生物学的および／または成長の因子は移植片の中央部位に固定され得る。例えば、一部の実施形態では、生物学的または成長の因子が、移植片１００の中央部分５０１ａおよび／または５０１ｂを通じて延在する支柱の少なくとも一部の上に提供され得、図５Ｂを参照されたい。そのような実施形態は、移植片の中央部分への生物学的および／または成長の因子の運搬を可能にし得る。例えば、生物学的または成長の因子は、生物学的および／または成長の因子の物理的な取り付けのためにその中に提供された支柱を含まない開容積に詰め込まれることとは対照的に、移植片の中央部分内の支柱に物理的に固定し得る。

移植片が移植部位に定着する際に、陥没は、（既に移植片内で圧縮力下にあってよい）骨接合材料に追加の圧力をかけ、骨接合材料を移植片の側面に向かって押すように作用し得る（ブシネスクの隣接する材料の理論によれば、力が（砂、塵、または骨接合材料等の）他の材料に隣接する部材に加えられるときに、当該部材に対する力は、隣接する材料内に増加した圧力の帯域（例えば、６０度）を生成する）。移植片の支柱は、網状構造の側面からの骨接合材料の突出に抵抗し得、骨接合材料の圧力を増加させ得る。骨接合材料は、（例えば、健康な人または動物における骨は、それが下に置かれる負荷に順応するというヴォルフの法則により）強い骨成長に資する環境を生成するために、より高圧の環境内に移植される必要があってよい。そのため、網状構造は、より強い癒合の機会を増加させ得る。

他のトラス構成から形成された網状構造も熟慮されている。例えば、トラスは、一連の詰め込み用三角形、二網状トラス（two-web truss）、三網状トラス（three-web truss）などを含み得る。さらに、移植片用の網状構造は、本明細書に完全かつ詳細に明記されているかのようにその全体として参照によって本願に援用される、２００５年８月２３日に発行された、「網状構造および同一物を作製するための方法」と題された米国特許第６，９３１，８１２号に記載されているような１つ以上のトラスを含み得る。

図８は、移植片を作製するための方法のフローチャートを示す。一部の実施形態では、移植片が、高速試作（例えば、電子線溶融、レーザ焼結など）を通じて形成され得る。下記に記載されている方法の様々な実施形態では、記載されている要素のうち１つ以上が、同時に、図示されているのとは異なる順序で行われ得るか、または全体的に省略され得ることに留意されたい。他の追加の要素を所望どおりに行うこともできる。一部の実施形態では、一部または全部の方法がコンピュータシステムにより自動的に行われ得る。

１００１において、移植片の三次元モデルが生成され、移植片の製造工程を制御するように動作可能な制御部にアクセス可能な記憶媒体に記憶される。１００３において、材料（例えば、粉末、液体など）の層が支持体に適用される。一部の実施形態では、粉末は、高強度／低重量の材料であってよいγＴｉＡｌ（γチタンアルミナイド）を含み得る。他の材料を用いることもできる。粉末は、気体微粒化処理を用いて形成され得、約２０〜２００マイクロメートル（μｍ）の範囲の直径（例えば、約８０μｍ）を有する細粒を含み得る。粉末は、分配部を通じて支持体に運搬（例えば、貯蔵容器から運搬）され得る。分配部および／または支持体は、分配の最中に（例えば、粉末の）層を支持体に適用するように動き得る。一部の実施形態では、当該層は、略均一の厚さ（例えば、２０〜２００マイクロメートル（μｍ）の平均の厚さを伴う）であってよい。一部の実施形態では、分配部および支持体は動き得ない（例えば、材料は支持体上に噴霧され得る）。１００５において、制御部が材料層に対して電子線を動かす。一部の実施形態では、電子線生成器が動かされ得、一部の実施形態では、支持体が動かされ得る。材料がγＴｉＡｌである場合には、摂氏約１２００〜１８００度の範囲の溶融温度（例えば、摂氏１５００度）が、電子線および材料の間で得られ得る。１００７において、それぞれの電子線の通り道の間に、追加の材料が分配部により適用され得る。１００９において、未溶融の材料が除去され、移植片が（例えば、冷たい不活性気体を用いて）冷却される。一部の実施形態では、移植片の縁が、粗い縁を除去するために（例えば、ダイヤモンド研磨機を用いて）滑らかにされ得る。一部の実施形態では、移植片は、骨への移植片の接着性を増加させるために、移植片および周囲の骨の間の摩擦を増加させる粗い縁を含み得る。

移植片を作製する他の方法も熟慮されている。例えば、移植片は鋳造または射出成型され得る。一部の実施形態では、複数の部品が鋳造または射出成型され、（例えば、溶接、溶融などを通じて）共に接合され得る。一部の実施形態では、移植片を形成する個々の支柱が、（例えば、鋳造、射出成型などにより）別個に生成され、移植片を形成するように共に溶接され得る。一部の実施形態では、異なる大きさの複数の移植片がキット内で構築および運搬され得る。医療保健の専門家は、外科手術の最中に（例えば、必要とされる大きさに従って）移植片を選び得る。一部の実施形態では、複数の移植片が移植部位で用いられ得る。

本明細書に記載されている移植片を挿入するために、専用の工具が用いられ得る。用いられ得る工具の例は、米国特許出願公開第２０１０／０１６１０６１号、第２０１１／０１９６４９５号、第２０１１／０３１３５３２号、および第２０１３／００３０５２９号に記載されており、それらのそれぞれは参照により本明細書に援用される。

図９は、一実施形態に係る、脊柱移植片を移植するための方法のフローチャートを示す。下記に記載されている方法の様々な実施形態では、記載されている要素のうち１つ以上が同時に、図示されているのとは異なる順序で行われ得るか、または全体的に省略され得ることに留意されたい。他の追加の要素を所望どおりに行うこともできる。一部の実施形態では、一部または全部の方法がコンピュータシステムにより自動的に行われ得る。

ステップ１３０１において、体内空間にアクセスされる。例えば、前方開口が前方腰椎体間癒合（ＡＬＩＦ）法のために患者の体内に形成され得るか、または、後方開口が後方腰椎体間癒合（ＰＬＩＦ）法のために形成され得る。１３０３において、体内空間の少なくとも一部が、体内空間内に空洞を形成するために切除される。１３０５では、移植片が体内空間内の空洞に挿入される。一部の実施形態では、操縦器、または何らかの他の機器が、移植片を把持するのに用いられる。一部の実施形態では、力が、移植片を空洞に挿入するために移植片に（例えば、金槌を通じて）加えられ得る。１３０７において、移植片の挿入の前および／または後に、移植片および／または空洞内の空間が骨接合材料を詰め込まれ得る。１３０９では、体内空間へのアクセス点が（例えば、縫合糸を用いて）閉じられ得る。

一部の実施形態では、移植片がカスタマイズされ得る。例えば、移植片の三次元の寸法および／または形状が、三次元形状設計にわたって網状構造を分配する移植片を構築するために用いられ得る。

一部の実施形態では、トラス／網状構造が、隣接する構造への移植片の連結を容易にするために移植片の少なくとも一部の上に配置され得る。例えば、移植片が骨質構造に隣接して移植されるときに、１つ以上のトラス構造は、使用の最中に骨質構造に接触し、少なくとも部分的に接着することを意図されている移植片の表面（例えば、接点板）の上に配置され、かつ／またはそこから延在し得る。使用の最中に２つの隣接する椎骨の端板の間に配置された椎間移植片を含むもののような、一部の実施形態では、１つ以上のトラス構造が、骨質構造への椎間移植片の連結を向上させる骨成長を容易にするために、椎間移植片の接触表面上に配置され得る。例えば、トラス構造は、そこを通じる骨成長のための開空間を画定する接触表面から延在する１つ以上の支柱を含み得、それにより、接触面またはその近くで移植片を骨質構造に連結するように、成長中の骨が骨構造およびトラス構造を互いに相互係止することを可能にする。そのような相互係止する成長中の骨は、そうでなければ意図された位置からの移植片の弛緩、移動、陥没、または押しのけに繋がることがあるだろう、移植片および骨質構造の間の運動を阻害し得る。同様の技術は、組織および／または骨の構造と境界を接することを意図されているものを含む、様々な種類の移植片と共に使用され得る。例えば、トラス構造は、膝移植片の接触表面上、椎体切除術機器内、臀部交換物内、膝交換物内、長骨再構築足場内、または頭蓋−顎顔面移植片、臀部移植片、顎移植片、長骨再構築用の移植片、足および足首の移植片、肩移植片、または隣接する骨質構造もしくは組織への移植片の接着を向上させる他の関節交換移植片または同様のものの中で使用され得る。隣接する構造への移植片の連結を容易にするために移植片の表面から延在し得るトラス構造、および他の構造の例は、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２０１１／０３１３５３２号に記載されている。

本明細書に記載されている移植片は略直線状の支柱から構成されるものとして図示されているものの、当該支柱は、曲線状、弧状およびアーチ形状を含むが、それらに限定されない非線形であってよいことを理解されたい。非線形の支柱を有する移植片の例は、参照により本明細書に援用される、米国特許出願第１３／６６８，９６８号に記載されている。

適切な負荷下にある骨芽細胞が骨形態形成タンパク質（「ＢＭＰ」）を生産することが知られている。ＢＭＰは、サイトカインとしておよびメタボロゲン（metabologen）としても知られている一群の成長因子である。ＢＭＰは、骨の形成を信号伝達する形態形成信号として作用する（すなわち、骨形成性応答）。そのため、１つ以上のＢＭＰの生産を増加させることにより、移植片への骨形成性応答が増加し、新たに形成された骨に統合される移植片を生成する。複数の接合されたトラス単位を含む網状構造は、荷重に応答して多少の変形を呈する。図１０は、網状構造を構成するトラス単位の支柱に沿って分散される力のいくらかを下記に図示している。骨移植片として用いられるときに、本明細書に記載されているような網状構造は、ある程度、向上したＢＭＰ生産のために、網状構造の中および周りで骨の成長を促進し得る。図１１Ａ〜Ｃに示されているように、骨芽細胞は網状構造の支柱に取り付けられるようになる。荷重下では、支柱内の微小歪みは、骨芽細胞にＢＭＰを溶出させる接着された骨芽細胞に歪みを順々に伝達する局在化した変形を引き起こす。

図１１Ａは、空間トラス４１０を含む移植片４００の模式図を示す。図示されていない骨構造は、典型的には、移植片４００の頂面４２０および底面４２５に接して配置される。使用中に、（矢印４３０により示されている）接触している骨構造からの応力は、移植片が圧縮される際に移植片４００を延長（矢印４３５により示されている）させることができる。この延長は、移植片に接着する骨芽細胞によるＢＭＰの形成に有益な影響を及ぼすことがある。隣接する骨は、傾斜した支柱に圧縮力を加える。この圧縮は、骨の再造形に繋がり得る。２つの力（圧縮および延長）の組み合わせは、基礎となる機器と比較してより短い量の時間内で加速された治癒および成熟した癒合を達成することに繋がる骨の成長／再造形を生成する。

図１１Ｂは、移植片４００の支柱４１５の精密な図を図示している。支柱４１５は、図１１Ｂでは非伸長状態で示されている。これは、移植片が接触している骨構造からの負荷下にないときの支柱４１５の状態を表し得る。骨芽細胞は、支柱４１５に接着されているものとして図示されている。骨芽細胞は、それらの通常の、非伸長形態で図示されている。図１１Ｃは、骨構造が移植片４００に圧縮力を加えているときに存在する、伸長状態にある支柱４１５を図示している。図示されているように、骨芽細胞は、支柱４１５の伸長に起因して引き伸ばされると考えられる。骨芽細胞の伸長は、その後ＢＭＰに転換されて再び溶出されるカルシウムの流入に繋がる。研究は、５００με〜２０００με、または約１０００με〜約１５００με、骨芽細胞内に微小歪みを生成することがＢＭＰの生産を向上させることを示している。代替的には、ＢＭＰの生産は、取り付けられた骨芽細胞の長さが約０．０５％〜約０．２％、または約０．１％〜約０．１５％に変化されるときに実現され得る。骨芽細胞に延長／微小歪みを意図的に生成するトラスシステムを構成することは、骨構造を修復するために必要とされる時間を低減し得る。

一実施形態では、骨構造と境界を接するための移植片は、節点で接合された複数の支柱を備える網状構造を含む。網状構造は、ヒトの骨組織と境界を接するように構成される。１つの実施形態では、支柱の直径および／または長さは、網状構造が骨構造と接触するときに、移植片の表面に接着する骨芽細胞からのＢＭＰ生産が達成されるようにあらかじめ決定される。１つの実施形態では、支柱の直径および／または長さは、支柱の少なくとも一部が、接着された骨芽細胞内に、約１〜５０００の微小歪み、５００με〜約２０００με、または約１０００με〜約１５００μεの微小歪みを生成するようにあらかじめ決定される。一実施形態では、支柱の直径および／または長さは、支柱の少なくとも一部が、接着された骨芽細胞の長さを、約０．０５％〜約０．２％、または約０．１％〜約０．１５％で変化させるようにあらかじめ決定される。

約１〜１００ｍｍの長さの支柱を有する移植片が調製され得る。支柱の直径は、網状構造が骨構造と接触するときに、支柱が約０．０５％〜０．２％の長さの変化を受けるように設定され得る。一部の実施形態では、支柱の直径は、支柱が約０．０００１２５％〜０．０００５％、または約０．０００２５％〜０．０００３７５％の長さの変化を受けるようにあらかじめ決定される。

本明細書に記載されている任意の移植片は、網状構造を形成する支柱の少なくとも一部が接着された骨芽細胞の適切な微小歪み／延長を生み出すように修正され得る。一部の実施形態では、移植片の網状構造を形成する支柱の全部ではないがほとんどが、ＢＭＰ生産を刺激するように「プログラム」（または設計）され得る。他の実施形態では、いくつかの支柱がＢＭＰ生産のためにプログラム／設計され得る一方で、他の支柱はプログラムされた支柱とは物理的性質が異なる。

移植片は、移植片により直面される応力を分配するように最適化され得る。骨修復に用いられるほとんどの移植片は、移植片に不均一の応力を印加する場所に置かれる。不均一の応力は、移植片の全域にわたり異なる力を生成する。移植片が特定の同質の力に耐えるように設計されている場合には、移植片は不均一の応力にさらされるときに役に立たなくなり得る。不均一の応力の状況では、移植片上の応力のいくらかは移植片を変形するのに十分であってよい。修復される骨構造内で直面される予想される不均一の応力に対してカスタマイズされる移植片を有することが望ましい。

一実施形態では、骨構造と境界を接するための移植片は、節点で接合された複数の支柱を有する網状構造を含む。網状構造は、ヒトの骨組織と境界を接するように構成され、かつ第１の骨接触表面および第２の骨接触表面を有する。空間トラスの一部である支柱の第１の部分は、空間トラスの一部である支柱の第２の部分とは物理的性質が異なる。このようにして、移植片の不具合を阻害するのを助けるように、移植片により直面される応力を最適化する移植片が生成され得る。

１つの実施形態では、空間トラスの一部である支柱の第１の部分は、空間トラスの一部である支柱の第２の部分とは変形強度が異なる。空間トラスは、第１の骨接触表面から第２の骨接触表面に延在する１つ以上の中央支柱を含み得る。中央支柱は、移植片の場所に依存して、周囲の支柱よりも変形強度が高いかまたは低くてよい。空間トラスは、第１の骨接触表面および／または第２の骨接触表面に平行に延在する１つ以上の縦支柱を備え得、縦支柱は、周囲の支柱よりも変形強度が高いまたは低い。

移植片の支柱の物理的性質は、支柱の第１の部分の直径が支柱の第２の部分の直径より大きいように変動され得る。一部の実施形態では、支柱の第１の部分は、支柱の第２の部分を形成するために使用される材料とは異なる材料から形成される。一部の実施形態では、支柱の第１の部分は、支柱の第２の部分の直径とは異なる直径を有する。一部の実施形態では、支柱の第１の部分は、支柱の第２の部分の密度とは密度が異なる。一部の実施形態では、支柱の第１の部分は、支柱の第２の部分の有孔率とは有孔率が異なる。こうした異なる物理的性質の任意の組み合わせが、移植片の至る所で応力の分配を最適化するのを助けるように、移植片において存在し得る。

本特許では、特定の米国特許、米国特許出願、および他の資料（例えば、記事）が、参照により組み込まれている。しかしながら、そのような米国特許、米国特許出願、および他の資料の文章は、そのような文章と、本明細書に明記されている他の記述および図面との間に対立が全く存在しない程度に、参照により組み込まれているのみである。そのような対立の場合には、その時、そのような参照により組み込まれている米国特許、米国特許出願、および他の資料における任意のそのような対立する文章は、明確に本特許では参照により組み込まれない。

上記の記載に従い、様々な実施形態では、移植片は網状構造を含み得る。移植片用の網状構造は、マイクロトラス設計を含み得る。一部の実施形態では、マイクロトラス設計は、複数の支柱を有する網状構造を含み得る。他の網状構造も熟慮されている。網状構造は、（移植片の中央部分を含む）移植片にわたって延在し得る。そのため、網状構造は、複数の平面に沿って移植片を補強し（内部の移植片の耐荷重性を含む）、骨接合片癒合のための増加した領域を提供し得る。網状構造は、脊柱移植片、椎体切除術機器、臀部交換物、膝交換物、長骨再構築足場、および頭蓋−顎顔面移植片、足および足首、手および手首、肩および肘（大関節、小関節、末端）等の移植片に使用され得る。他の移植片の使用も熟慮されている。一部の実施形態では、移植片用の網状構造は、１つ以上の幾何学的対象（例えば、多面体）を含み得る。一部の実施形態では、網状構造は、あるパターンの幾何学的な構成単位を含み得ない（例えば、不規則なパターンの支柱が移植片に使用され得る）。一部の実施形態では、網状構造は、２つ以上の四面体を含む三角形の網状構造を含み得る。四面体は、その中で４つの三角形のうち３つがそれぞれの頂点で接する４つの三角面を含み得る。網状構造は、（６つの面を含む）六面体形状の枠を有する網状構造を形成するように、２つの隣接する面に共に置かれた２つの四面体をさらに含み得る。一部の実施形態では、複数の六面体形状の網状構造が並べて配列され得る。網状構造は、側部頂点を通じて直接的に接続し得る（例えば、２つ以上の六面体形状の網状構造は、ある頂点を共有してよい）。一部の実施形態では、網状構造は、移植片に前弯を提供するように角度付与され得る。

さらなる修正および本発明の様々な態様の代替的な実施形態が、本記載に鑑みれば当業者にとって明白であってよい。例えば、特定の実施形態では、支柱は略直線状の伸長部材として記載および図示されているが、支柱はそれらの長さの少なくとも一部に沿って曲線状／アーチ状の伸長部材も含み得る。従って、本記載は例示のみとして見なされるべきものであり、当業者に本発明を実行する一般的な様式を教示する目的のためのものである。本明細書に図示および記載されている本発明の形態は、実施形態としてとられるべきであることを理解されたい。要素および材料は本明細書に例示および記載されているものに代えられ得、部品および工程は反転され得、本発明の特定の特徴は独立して利用され得、全ては本発明のこの記載の恩恵を有した後の当業者にとって明白であるだろうものとしてのものである。以下の請求の範囲に記載されているような本願発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、変化が本明細書に記載されている要素においてなされ得る。さらに、「〜し得る」という語は、本出願の至る所で、義務的な語義（すなわち、〜しなければならない）ではなく、許容的な語義（すなわち、〜する可能性を有する、〜することができる）で用いられることが留意される。「〜を含む」という用語、およびその派生語は、「〜を含むが、それらに限定されない」を意味する。本明細書および請求の範囲で用いられる際に、「一」、「ある」および「当該」という単数形は、その内容が他に明確に示していない限り、複数形の指示対象を含む。そのため、例えば、「ある支柱」に対する言及は、２つ以上の支柱の組み合わせを含む。「連結される」という用語は、「直接的または間接的に接続される」を意味する。

Claims (23)

1. 骨構造と境界を接するための移植片であって、前記移植片は、
   節点で接合された複数の支柱を備える網状構造であって、前記網状構造はヒトの骨組織と境界を接するように構成される、網状構造
   を備え、
   前記支柱の直径および／または長さ、ならびに／あるいは前記網状構造の密度は、前記網状構造が骨と接触するときに、前記支柱の少なくとも一部が接着された骨芽細胞内に微小歪みを生成するようにあらかじめ決定され、前記支柱の直径および／または長さ、ならびに／あるいは前記網状構造の密度は、前記支柱の少なくとも一部が５００με〜２０００μεの微小歪みを接着された骨芽細胞内に生成するようにあらかじめ決定される、移植片。
2. 前記支柱の直径および／または長さ、ならびに／あるいは前記網状構造の密度は、前記支柱が、負荷下において、接着された骨芽細胞内に微小歪みを生成するようにあらかじめ決定され、前記微小歪みは、骨形成反応を刺激する範囲内にある、請求項１に記載の移植片。
3. 前記支柱の直径および／または長さ、ならびに／あるいは前記網状構造の密度は、前記支柱の少なくとも一部が１０００με〜１５００μεの微小歪みを接着された骨芽細胞内に生成するようにあらかじめ決定される、請求項１に記載の移植片。
4. 前記支柱の直径および／または長さ、ならびに／あるいは前記網状構造の密度は、前記支柱の少なくとも一部が、接着された骨芽細胞の長さを０．０５％〜０．２％で変化させるようにあらかじめ決定される、請求項１に記載の移植片。
5. 前記支柱は、１ｍｍ〜２０ｍｍの長さを有し、前記支柱の直径は、前記網状構造が骨と接触するときに、前記支柱が接着された骨芽細胞の長さを０．０５％〜０．２％で変化させるようにあらかじめ決定される、請求項１に記載の移植片。
6. 前記網状構造は、２つ以上の平面トラス単位を備える空間トラスを含む、請求項１に記載の移植片。
7. 前記平面トラス単位の１つ以上は、三角構成において３つの直線状の支柱および３つの節点を有する１つ以上の平面三角トラス単位を備える、請求項６に記載の移植片。
8. 前記平面トラス単位の１つ以上は互いに連結され、そのため、１つ以上の平面トラス単位が、前記１つ以上の平面トラス単位と少なくとも１つの支柱を共有する平面トラス単位の平面に平行でない平面に存在する、請求項６に記載の移植片。
9. 前記平面トラス単位の１つ以上は、第２の平面三角トラス単位に連結された第１の平面三角トラス単位を備え、第１および第２の平面三角トラス単位は、それぞれの平面三角トラス単位の頂端を画定する単一の節点と対向して連結される、請求項６に記載の移植片。
10. 前記支柱のうち少なくともいくつかは、異なる対応する角度を有する２つの異なる三角平面トラス単位により共有される少なくとも１つの節点を有する三角トラスを画定する、請求項１に記載の移植片。
11. 骨構造と境界を接するための移植片であって、前記移植片は、
    節点で接合された複数の支柱を備える網状構造であって、前記網状構造はヒトの骨組織と境界を接するように構成され、前記網状構造は第１の骨接触表面および第２の骨接触表面を備える、網状構造
    を備え、
    空間トラスを含む支柱の第１の部分は、空間トラスを含む支柱の第２の部分とは異なる物理的性質を有し、前記支柱の直径および／または長さ、ならびに／あるいは前記網状構造の密度は、前記支柱の少なくとも一部が５００με〜２０００μεの微小歪みを接着された骨芽細胞内に生成するようにあらかじめ決定される、移植片。
12. 前記空間トラスを含む支柱の第１の部分は、前記空間トラスを含む支柱の第２の部分とは異なる変形強度を有する、請求項１１に記載の移植片。
13. 前記空間トラスは、前記第１の骨接触表面から前記第２の骨接触表面に延在する１つ以上の中央支柱を備え、前記中央支柱は周囲の支柱よりも高い変形強度を有する、請求項１１に記載の移植片。
14. 前記空間トラスは、前記第１の骨接触表面および／または前記第２の骨接触表面に平行に延在する１つ以上の縦支柱を備え、前記縦支柱は周囲の支柱よりも高い変形強度を有する、請求項１１に記載の移植片。
15. 前記空間トラスは、前記第１の骨接触表面から前記第２の骨接触表面に延在する１つ以上の中央支柱を備え、前記中央支柱は周囲の支柱よりも低い変形強度を有する、請求項１１に記載の移植片。
16. 前記空間トラスは、前記第１の骨接触表面および／または前記第２の骨接触表面に平行に延在する１つ以上の縦支柱を備え、前記縦支柱は周囲の支柱よりも低い変形強度を有する、請求項１１に記載の移植片。
17. 前記支柱の第１の部分の直径は、前記支柱の第２の部分の直径より大きい、請求項１１に記載の移植片。
18. 前記支柱の第１の部分は、前記支柱の第２の部分を形成するために使用される材料とは異なる材料から形成される、請求項１１に記載の移植片。
19. 前記支柱の第１の部分は、前記支柱の第２の部分の直径とは異なる直径を有する、請求項１１に記載の移植片。
20. 前記支柱の第１の部分は、前記支柱の第２の部分の密度とは異なる密度を有する、請求項１１に記載の移植片。
21. 前記支柱の第１の部分は、前記支柱の第２の部分の有孔率とは異なる有孔率を有する、請求項１１に記載の移植片。
22. 前記支柱のうち少なくともいくつかは、異なる対応する角度を有する２つの異なる三角平面トラス単位により共有される少なくとも１つの節点を有する三角トラスを画定する、請求項１１に記載の移植片。
23. 骨構造と境界を接するための移植片であって、前記移植片は、
    節点で接合された複数の支柱を備える網状構造であって、支柱の第１の部分が、前記支柱の第２の部分とは異なる物理的性質を有する、網状構造
    を備え、
    前記支柱の直径および／または長さ、ならびに／あるいは前記網状構造の密度は、前記支柱の少なくとも一部が５００με〜２０００μεの微小歪みを接着された骨芽細胞内に生成するようにあらかじめ決定される、移植片。

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