腱板パッチ.非分解性腱板パッチ.細胞外マトリックス腱板パッチ.合成分解性腱板パッチの4種類に分類しています。 このうち.生分解性の合成腱板パッチは新しい分野であり.臨床的に一般的な修復方法とは言えません。
腱板パッチ
腱パッチは.腱と骨の間の緊張を緩和するために使用することができ.成長因子や細胞の成長をサポートする付着点を提供することで.傷害性人工関節に貢献する可能性を秘めています。 腱パッチで修復したネズミの急性腱板断裂モデルでは.ネズミの自己細胞が増殖し始め.腱パッチに移動することがわかった。しかし（これは確認できないが）.自己細胞が変性および無血管の腱板断裂で活性を維持するかどうかは不明である。
腱パッチには.同種または自家由来のものがあります。 ある研究では.28名の巨大な腱板断裂の患者に同種アキレス腱膝蓋腱パッチ.または大腿四頭筋腱パッチを用いて修復を行い.術後機能の改善が見られたものの.同様の条件で肩甲骨形成術と関節クリアランスのみを行った患者と比較して有意差はありませんでした。 また.同種腱パッチを使用した患者のうち1名が感染症を発症し.1名が術後に重度の免疫拒絶反応を起こした。
患者さん自身の体から採取した自家腱パッチは.患者さんの術後の免疫拒絶反応を抑制することができました。 腱板断裂の修復に切除した上腕二頭筋腱を用いる方法は.腱と骨の間の緊張を緩和し.成長因子や細胞増殖のための接着点を提供できる可能性に加え.体の他の部分から腱を切除する必要がないことが文献から報告されています。 上腕二頭筋腱の長頭を再利用する方法です。 上腕二頭筋長頭腱切除術を用いた腱板大量断裂の修復効果を.上腕二頭筋長頭腱切除術を用いない場合と比較したレトロスペクティブスタディでは.術後12ヶ月の疼痛.可動域.肩関節の臨床結果に有意差がなかった一方.肩関節の強度は対照群より試験群で有意に高く.修復失敗率は対照群より有意に低値でした。 その結果.腱板大量断裂と棘下筋の軽度脂肪変性を有する24名の患者を部分パッチなしで修復した場合と比較し.両者とも術前に比べ有意な機能改善を示し.術後の腱板再断裂の発生率は対照群に比べ有意に低いことが示された。 腱骨接合部の正常な構造を回復できないことが.腱パッチ修復術を用いる重要な理由である。 しかし.腱-腱骨付着部位の治癒については.現在の技術では良い解決策がないのが現状です。 最近の研究では.犬の大きな腱板断裂の修復に同種骨腱を使用し.直接剥離縫合やヒト皮膚パッチによる修復と比較して.同種骨腱パッチの術後の完全性が良好で.同種骨が宿主骨に完全に融合し.同種腱も良好な癒合性を示したと報告されています。
非分解性ローテーターカフパッチ
上腕骨棘上筋腱を補強するための非分解性足場の使用は.非吸収性アンカー釘を介して骨実質に腱を固定する簡単な外科的処置を伴う最も一般的な修復方法である。 この方法は.ヘルニア修復術と同様に.修復後に腱板が自然治癒するように機械的かつ永久的に修復する方法です。 このコンセプトに基づき.強い引張強度.良好な組織適合性.優れた取り扱い性を主な特長とする.さまざまな非分解性腱板パッチが開発・設計されてきた。
腱板断裂の修復にポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などのポリエステルベースのパッチを使用することは.最初の非対照試験で報告され.25の修復のうち23で良好な耐性と機能の改善がみられた。 ポリテトラフルオロエチレン製パッチを用いた組織学的研究により.パッチは骨とパッチと腱板の間でしっかりと成長し.周囲の炎症反応を認めないことが示されています。
腱板断裂の修復のためにポリエステルパッチを移植した最新の研究では.86ヶ月の追跡調査において41名の患者さんで良好な耐性.機能の有意な改善.痛みの緩和が認められ.パッチと腱の間に再断裂が生じた患者さんは3名でした。 著者らは.新世代のポリエステルパッチは.術後短期間で高い引張強度.低摩擦.優れた組織適合性の面で著しい改善を示したと述べている。 ポリエステルベースのパッチを移植した他の研究や症例報告でも.16年間のフォローアップ期間中に同様の結果が得られています。 直接縫合.コラーゲンパッチ.ポリプロピレンパッチの修復効果を比較したある研究では.3年間の追跡調査において.ポリプロピレンパッチが他の2つの修復方法よりも機能.強度.再発率において有意に優れていることが明らかになりました。
その他の非分解性パッチ素材も開発・試験中であり.ポリカーボネート・ポリウレタンやポリテトラフルオロエチレンなどの素材について有望な報告がある。 これらの素材は.通常.良好な組織機能の成長を促すために.連通孔を持つ発泡体に加工されます。 ある研究では.ポリカーボネート・ポリウレタンパッチを用いて10人の患者の巨大腱板断裂を修復し.ASESスコア.UCLAスコア.CADLスコアが有意に改善し.術後のパッチの耐久性も良好であったという。 修復不可能な腱板断裂の患者37名を対象とした6ヶ月間の追跡調査において.巨大な腱板断裂の修復に拡張ポリテトラフルオロエチレンパッチを使用すると.直接縫合修復よりも有意に有効であると報告されました。
非分解性の移植用パッチ材料の主な問題は.長期的な完全性の欠如である。 カーボンファイバーパッチは.機械的強度が高く理想的な腱や靭帯の修復材料として注目されていますが.これらの材料を長期間体内に放置すると.構造的完全性の崩壊.他の組織への移行.慢性炎症と異物反応を引き起こし.再手術が必要になるという研究結果があります。
腱板断裂の修復に非分解性素材を使用する利点は.比較的短期間ではありますが.長期的には不必要なリスクを伴う可能性があります。 しかし.年齢やサイズなど他の要因を考慮すると.非分解性の腱板パッチが現在でも一部の患者さんにとって最良の選択肢であることに変わりはありません。 非分解性インプラント材料の長期的な安全性を理解するためには.より良い臨床エビデンスがまだ必要です。
細胞外マトリックス腱板パッチ.すなわち生物学的腱板パッチ
これまでの研究により.腱の老化とそれに続く修復後の不具合は.組織マトリックスの構造の変化.細胞の挙動変化を刺激することと密接に関係していることが分かっています。 このコンセプトに基づき.パッチは内在性細胞集団によるコラーゲン付着のための一時的なマトリックス構造を提供するように設計されています。 In vitroの実験では.生体適合性のある細胞をパッチに植え付けると.生体細胞が切れた組織の修復を自己で行うことが確認されています。 このようなパッチの設計には.ブタ小腸粘膜下層.ブタ真皮.皮膚などの細胞外マトリックス構造物の抽出が必要である。
In vitroの実験では.このようなパッチは.特に化学的な架橋がない場合.ヒトの腱細胞の優れた接着点および培養液となることが示されています。 しかし.動物実験では混乱が生じ.一部の症例では安全性と有効性について相反する報告がなされています。 不適切な選択制御や一貫性のない選択制御が原因である場合もあります。 ある研究では.ラットの急性腱板断裂モデルを用いて.ブタ小腸粘膜下層を用いた腱板修復が.未縫合修復の強化対照群に対して実験群で生体力学的に優れていることが明らかにされました。 その後.同じインプラントを「急性」と「慢性」の2つのモデルラットで行ったところ.「慢性」群でのみ有意な効果が確認された。 しかし.この研究では.まだ十分なコントロールがなされていないのが現状です。 腱の代わりに粘膜下材料を用いたイヌのモデルでは.パッチ内で新たな組織の成長が見られ.筋肉や骨に形を変えて一体化していることが確認されました。 しかし.豚の真皮パッチと豚の小腸粘膜下パッチの効果を羊のモデルで比較すると.真皮パッチは炎症性血漿フィブリノーゲンマーカーと骨化度の点で優れた性能を示しました。 ブタ小腸粘膜下パッチは皮膚パッチよりも分解が早く.9週間以内にほぼ完全に吸収されることが確認されました。 ブタ皮膚パッチを用いてアフリカミドリザルモデルの棘上筋腱損傷を修復した研究では.術後3ヶ月と6ヶ月の組織学的研究により.パッチはパッチ内の線維芽細胞の均一な分布.コラーゲン線維の平行分布.腱に成長する多数の血管を持つ腱様構造を再形成し.6ヶ月後にはレシピエントの腱と同じレベルまで縮小していることが明らかになりました。 ある研究では.巨大な腱板断裂の修復にヒトの同種皮膚パッチを使用し.45名の患者が24～68ヶ月の追跡調査時に手術前より有意に改善し.患者の満足度も高く.二次手術を必要とする患者は非常に少なかったことが明らかにされました。また.ヒトの巨大腱板断裂に対する関節鏡下ヒト皮膚パッチ修復術の安全性と有効性を無作為化比較試験により評価した報告もあります。 完全修復率は.対照群の40％に対し.実験群では85％であった。
2007年.血小板リッチプラズマスキャフォールドを用いて羊の脛骨欠損モデルを完全治癒させたところ.16週間後の機械的強度.生体適合性.骨誘導性がコントロール群より有意に良好であった。 ある研究では.多血小板血漿がヒト破骨細胞前駆体の無傷な分化を阻害する可能性があると報告された。 その後.筋骨格系軟部組織損傷の修復を目的とした多血小板血漿の研究が行われている。 腱板断裂の修復に血小板血漿を使用した場合と使用しなかった場合を比較したコホート研究では.血小板血漿が腱板損傷の修復を促進し臨床症状を改善するという明確なデータは得られなかったが.この研究では組織構造の完全性において重要な差を確認することはできなかった。 この研究では.血小板線維性マトリックスで作られたパッチが.腱板断裂の再発の可能性を減少させることを発見しました。 この研究では.腱板断裂に対して血小板マトリックスで構築されたパッチを使用した場合としなかった場合の.術後の臨床機能および組織構造の完全性に有意差は認められませんでした。 さらに.1088人の被験者を対象とした19の単施設実験研究から収集され.METAによって分析された最新の尋問医学のエビデンスは.筋骨格系軟部組織損傷の治療における血小板療法の有効性を示すエビデンスは不十分であることが判明しました。
細胞外マトリックスパッチの欠点は.縫合固定性が悪いことと.機械的特性が悪いことで.通常の腱よりも弾性と靭性がかなり低いことが研究で報告されています。 場合によっては.生分解性ポリマー繊維のような補強材を加えることで.これらのデメリットを克服している。 また.一部の細胞外マトリックスパッチには.DNAや細胞内容の痕跡が確認されており.これが有害な炎症反応や病気の伝染の原因となることも問題である。 また.一部の細胞外マトリックスパッチは慢性炎症と関連することが報告されていますが.これはラットの腹壁モデルでの報告であり.関節モデルでの報告ではありません。
最近の臨床試験では.ブタ真皮由来の細胞外マトリックスパッチとヒト真皮由来のパッチで臨床結果が改善されるという結果が得られています。 腱板大断裂の患者22名の修復にヒト皮膚パッチを用いた前向き無作為化試験では.直接剥離縫合した患者20名と比較して.腱板完全修復の割合が高く.ヒト皮膚パッチの有害事象も認められなかった。 しかし.これらのインプラントの有効性にはまだ疑問があります。 ある臨床試験では.豚の小腸粘膜下腱板パッチを用いた巨大腱板断裂の修復術の臨床成績は非常に悪く.91％の再発率を示した。 この結果はさらに他の研究でも確認され.豚小腸粘膜下パッチによる補強群は非補強群と比較して同様に予後不良であることが示されました。 修復の失敗は.ブタ小腸粘膜下パッチが急速に吸収されたことと.修復された裂け目が提供する不十分な機械的サポートに起因している。
このように.ポルシン由来細胞外マトリックス腱板パッチの有効性を裏付ける証拠や反論があるため.その安全性や有効性を判断することは困難なままである。 もうひとつの研究課題は.ヒト由来の細胞外マトリックス腱板パッチを使用することである。
合成分解性ローテーターカフパッチ
細胞外マトリックス腱板パッチに伴うコストや安全性の問題を克服し.細胞修復を実現するために.合成.バイオニック.生分解性の腱板パッチが登場し始めています。 これらのパッチは.自己修復のための非永久的な取り付け点を提供するというコンセプトに基づいて設計されており.適切な期間にわたって吸収され.しかも良好な生体適合性.良好な機械特性.適切な弾性を有するパッチである。
腱板パッチによく用いられる生分解性ポリエステル材料としては.レボポリ乳酸共重合体.乳酸ヒドロキシ酢酸共重合体.ポリカプロラクトン.ポリプロピレングリコール共重合体などがあります。 さらに.単純な合成の生分解性材料の使用を提案する研究もあり.その多くはパターン化された構造を作ることの利点を強調している。
正常な腱のコラーゲン束は.腱の長軸に沿っている。 エレクトロスピニング技術の応用により.腱板パッチは腱のコラーゲン線維と同じ配列を模倣し.場合によっては腱の骨接合部で線維が配列からランダム配列に移行することも可能な.新しい腱板パッチを作成することができます。 結び目のある整列した腱板パッチは.付着細胞の整列に直接影響を与え.マトリックス構造タンパク質の発現に影響を与えることが多数示されています。
エレクトロスピニング法で製造されるこの分解性腱板パッチの実際の設計コンセプトは.生合成パッチに生物を組み込むというものでもある。 これは.パッチへの幹細胞の添加.製造時のマトリックスタンパク質コラーゲンの添加.パッチが劣化するにつれてゆっくりと放出される成長因子の移植など.さまざまな戦略によって行われます。 また.腱と骨の接合部の材料内容を模倣する方法も提案されている。 そのため.腱板断裂の生体修復のために生分解性の腱板パッチを使用することが現在のトレンドとなっています。
In vitroの研究では.乳酸ヒドロキシ酢酸コポリマーパッチとエレクトロスピニング技術で加工したポリプロピレングリコールパッチが共に良好な細胞応答と生体適合性を示すことが確認されています。 さらに.同じ材料でも.エレクトロスピニングによる加工は.他の一般的な加工よりも生体内の免疫反応を低下させることが実証されています。
合成分解性パッチは.動物モデルでの予備的有効性試験で良好な結果を示した。 エレクトロスピニングを行わない繊維状ポリパッチをヤギのモデルに組み込んだところ.統計的に有意ではなかったが.術後3週間で有意な強度の向上が見られた。 エレクトロスピニングで加工したポリカプロラクトンパッチは.ラットモデルで8週間の移植後.良好な耐性と良好な細胞浸透性を示し.無作為化比較試験では.エレクトロスパンL-カプロラクトンパッチによる修復は.非補強修復に比べてヤング率を大幅に改善することが示されました。
しかし.このような良い知見とは対照的に.これらのポリマーの劣化生成物に関する懸念もある。 高濃度の乳酸やヒドロキシ酢酸は腱細胞や骨芽細胞に対して毒性を示し.無毒性濃度では腱細胞の増殖や骨芽細胞の分化を抑制することが分かっています。 そのため.合成生分解性パッチの安全性には.分解速度と酸性分解生成物の蓄積が重要である。 また.高分子分解物の種類によって毒性が異なることが試験管内実験で明らかにされているが.分解物が組織依存的であることは明らかである。 したがって.今後の研究では.体内埋め込み時にパッチが完全に分解され.製品のライフサイクルを通じて酸性分解物の放出が安全な範囲に収まることを目指す必要があります。
また.エレクトロスパン分解性パッチは.整列した構造であっても機械的特性が比較的低いという問題がある。 多層法を用いても.ニット状のヒドロキシ酢酸乳酸共重合体繊維やラピッドプロトタイプポリカプロラクトン構造体など.より優れた構造の材料をパッチに融合して機械的特性を向上させているが.それでも満足できるレベルには達していない。
エレクトロスパン材料の深い問題は.パッチ内の細孔が小さすぎるために.パッチ内へのさらなる細胞の移動が妨げられ.新しい組織構造が私たちが必要とするものとは全く異なるものになってしまうことです。 この問題を解決するために.近年.塩やポリマーの浸出.高度な回収システムなど.いくつかの方法が開発されている。
これらのパッチの性能については.さらなる臨床的なエビデンスを収集する必要があります。 ある臨床試験では.ポリエステル生分解性パッチを用いて21個の巨大な腱板断裂を修復し.患者の肩の機能と可動域を大幅に改善し.術後の満足度は90%に達しました。 別の研究では.L-ポリ乳酸パッチで修復した巨大腱板断裂の18例において.術後の肩関節の機能スコアが術前と比較して有意に改善したことが報告されています。 成功率は術後12ヶ月と42ヶ月で83％でした。 これを裏付ける臨床研究や大規模なサンプルを用いた無作為化比較試験はまだありません。
概要
近年.腱板修復術の件数は非常に増加していますが.良好な治癒率はまだ保証されておらず.患者の予後を改善することが求められています。 修復の旅は.視覚的に静的な修復から.機械的な修復.そして身体の細胞が自己治癒するための接着点を提供する生物学的に活性なパッチ修復まで.多岐にわたります。 現在利用できるどの方法も満足のいく結果を得ることはできず.修復が失敗した理由.例えば機械的なサポートが不十分であったため.あるいは感染や炎症などの合併症が原因であるため.決定的な証拠はないのです。