Development of Biomaaterials for Artificial Bone; Shigeo Niwa (Emeritus Professor of Aichi Medical University, Aichi) Keywords: artificial bone, hydroxyapatite, biocompatibility, bioactive material, low rigidity metal, bone remodeling
TiNTaZr 図6家 SUS316L 兎 径 骨 近 位 部 の 横 断 面 骨 皮 質(術 後24週):X線 SUS316Lで は 骨 萎 縮 と仮 骨 過 剰 形 成 を 示 し,組 SUS316Lで 像 で はTiNTaZr合 織 学 的 に はTiNTaZr合 は 萎 縮 像 を 示 す(42). が,臨 床 に広 く用 い られ て きて い る.世 界 の 国の 中で わ が 国 が最 も広 く用 い られ て お り,そ の殆 どが わ が 国で 開 発 され た もの で あ り,年 間 数 十 億 円 を超 え る と ころ ま で来 て い る. dlingの 良好 な もの が期 待 され る. 小久 保 らの 研 究 に よ るチ タン 合金 の表 面 を アル カ リ処 理 す る こ とに よ り,表 面 に骨 類 似 の ハ イ ドロ オキ シ ア パ タ イ ト層 し か しな が ら,セ ラ ミ ッ クス の み で 人工 骨 用 材 料 が カバ ー 出来 な い.特 金 は 骨 切 り後,完 全 な 骨 癒 合 を 示 す が, 金 は 正 常 な リモ デ リン グ 像 を 示 す が, に骨 に加 わ る 強 い 負荷 に耐 え る素 材 として は 金 を 作 り得 る(43)ことは,例 え ば 生 体 親 和 性 の よい 金 属 に よ る ミ ク ロ フ ア イバ ー に よ る メ ッシ ユ に よ る 材 料 の 開 発 に よ っ 属 が 最 も一 般 的 で あ る.し か しな が ら,現 在 用 い られ て い る て,強 度 を持 ち,低 剛 性 な 人工 海 綿 骨,ま 金 属 は,強 度,剛 性,骨 親 和性,耐 食 性,易 加 工 性,廉 価 な に 侵 入 す るた め には 少 な く と も200ミ ク ロ ン の孔 径 が 連 通 す どす べ て を満 た す 素 材 が 臨 床 の 現場 に な いの が現 状 で あ る. る必 要 が あ るが,こ れ らを 満 た す金 属 素 材 な どの 開 発 が 望 ま β産型 チ タン 合 金 は,強 れ る. 材 で あ るが,さ 度,剛 性,骨 新 和性の 点で優 れた素 ら に優 れ た もの を期 待 さ れ る. 人 工 骨 材料 は,そ の 素 材 が 用 い られ る場 所(海 面 骨,皮 骨,関 節),目 た骨 が 人工 用 材 料 的(骨 折 の 固定,骨 質 4.ま と め 欠 損 部 の補 填 な ど)に よ っ て,そ れ ぞ れ 全 く異 な った機 械 的性 質 が要 請 され,ま た 自家 骨,関 節 な どの 硬 組 織 に 対 す る生 体 材 料 として,強 い疲 労 骨,同 種 骨 の よ うに,吸 収 され,母 床 骨 に置 換 され る もの, 強 度 を持 つ 金 属 に そ の 期 待 が 持 た れ20世 紀 前 半 まで 進 ん で 骨 皮 質 に対 して は 強 度,剛 性 に適 合 す る素 材,形 状 に つ い て きた が,先 端 技 術 の進 歩 に よ り,よ り純 度の 高 い,結 晶 性 の 生 物 学 的 性 質 が要 請 さ れ る.こ の よ うに考 え る と,各 種素 材 優 れ た素 材 が 開 発 され,特 に無 機 材 質 で あ るバ イ オガ ラ スの の 特 性 を 生 か した 複 合 材 が そ の 条件 を満 足 し得 る と考 え る. 生 体 骨 へ の 結 合,そ して骨 の 主成 分 で あ る リン酸 カル シ ウム 現 在 骨 欠 損 補填 材 と して の人 工 骨 用 材 料 で,臨 床 の 場 で 最 で あ るハ イ ドロオ キ シ ア パ タ イ トの 合 成 の 成 功 な ど に よ って も要 請 の 高 い もの は,同 種 骨 海 綿 骨 に代 表 され る.す な わ ち こ れ ま で の 無 機 材 質 に 対 す る考 え方 が 大 き く変 って き て い 埋 植 され た 素 材 が 宿主 骨 に置 換 され る ま であ る程 度 の 強 度 を る.無 機 材 質 が 単 な る骨 補 填 材 か ら骨 との 結 合,さ 持 ち や が て は 自家 骨 とな り,種 々な機 能 的 要 請 に 反 応 す る よ 材 質 に機 能 を 持 た せ る た め の研 究 へ と進 み つ つあ る.ま た, うに な る.現 時 点 で は α+β チ タン 合 金 メ ッシ ュ があ る が, こ れが 大 量 に 製 品 化 さ れ る こ とが可 能 にな った こ とは,臨 床 尚 強 度,剛 性,骨 形 成 性 は十 分 でな い.ま た,同 種骨 は感 染 の 場 に広 く用 い る こ とが可 能 とな り,長 期 間 の 生 体 内 埋 入 に の危 険性 を持 つ こ とか ら,こ れ に変 る新 しい複 合 材,す な わ よ りそ の 素 材 の優 劣 も明確 に な り,こ の 臨 床 成 績 が研 究 の場 へ の ブ イー ドバ ック さ れ て い る.金 属 材 料,セ ラ ミ ッ クス, ち 強 度,低 ま て Materia 剛 性,骨 り あ 第43巻 Japan 伝 導 性 を 持 ち,さ 第3号(2004) ら に 手 術 時 にhan. ら に無 機 191
高 分 子 材 料,生 物学,生 化 学 な どの研 究 が 従 来 の壁 を超 え て 行 わ れ つ つ あ る こ とは,臨 床 家 に とって 大 変 嬉 し く,ま た将 来 に素 晴 しい 素 材 が 生 ま れ て くる こ とを期 待 して い る. 文 (1) (2) 献 C. Singer and E. A. Underwood: A Short History of Medicine, Clarendon Press, Oxford, (1962), 352. J. Charnley: Low Friction Arthroplasty of the Hip. Theory & Practice, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, (1979). (3) 須 田 立 雄, 小 沢 英 浩, 高 橋 栄 明: 骨 の 科 学 骨 移 植 の 病 態 生 理, 医 歯 薬 出 版, (1985), 224. 225. (4) 整 形 外 科 移 植 に 関 す る ガ イ ド ラ イ ン お よ び (5) 米 田 俊 之: ン ク マ ニ ュ ア ル の 改 訂, 日整 会 誌, 骨 の バ イ オ サ イ エ ン ス, 冷 凍 ボ ー ン バ 73(1999), 羊 土 社, (7) 山 室 隆 夫: 版, (1992), 編 集: 山 室 隆 夫, 山 田 博: 人 体 の 強 度 と 老 化, 日 本 放 送 出 版 協 会, (1979). (9) 藤沢 ア ル ミナ. 集: 49. 52. (10) 上 野 勝, バ イ オ セ ラ ミ ッ ク ス の 開 発 と現 状, 丹 羽 滋 郎, 興 末 英 明, 生 物 強 弱 学 に よ る 測 定 結 果, ク イ ン テ ッ セ ン ス 出 版, 網 野 博 一, 大 西 啓 靖; を 組 み 合 わ せ た 人 工 股 関 節 のHip 性 評 価, (11) 金原 出 81-88. 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