| 研究分担者 |
高師 則行 北海道大学, 医学部・歯学部附属病院, 助手 (40312376)
戸塚 靖則 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (00109456)
宇尾 基弘 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助教授 (20242042)
赤坂 司 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助手 (00360917)
横山 敦郎 北海道大学, 医学部・歯学部附属病院, 講師 (20210627)
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| 研究概要 |
[目的]粉液法が多用される歯科材料や人工関節骨頭摺動部で発生する摩耗粉等、生体適合性に及ぼす微粒子のサイズ依存性を生化学的手法を導入し細胞機能性試験と組織埋入試験で調べた。
[方法]粒度に分布幅を持つ粒子群から、沈降法により0.5,3,10μmを、限外濾過法により300nm以下の単分散粒子を抽出し、各材料間で同一に揃えた。
[サイズ依存性]ヒト好中球、歯根膜細胞、ラットマクロファージを用いた細胞機能性試験ではTi,Fe,Ni(各500nm;3,10,50,150μm),TiO_2(30,60,300,500nm;2μm),ポリ乳酸(1,13μm)の微粒子径が小さくなるほど細胞生存率が低下し、LDH、活性酸素、サイトカインTNF-α,IL-1β,IL-8,M-CSFの放出は増加した。特に細胞より小さな10μm以下では貧食を誘発し著しく増大した。その刺激性は細胞内毒素に比べると1/100〜1/1000程度オーダーが低い。
[形状依存性]0.5,3,10μmの形状異方性の小さい塊状(平均径)と針状(長径)TiO_2粒子を比較すると、細胞生存率、LDH、活性酸素、IL-1βからは針状のほうが刺激性が高く、TNF-αからは細胞と同等サイズの3,10μmでは刺激性、貧食能が形状に影響を受けるが、細胞よりはるかに小さな0.5μmでは影響が小さい結果が得られた。
[材料依存性]ともに生体親和性で、ICP元素分析でイオン溶出が無視できることを確認したTiと溶出するFeはよく似たサイズ依存性を示した。Niは細胞生存率が低めで、活性酸素、サイトカイン放出量が多く、顕微鏡で細胞の破壊が観察され、材料の為害性の影響と考えられる。
[結論]動物埋入試験でも約100μm以上のTi粒子は生体親和性を示すが、50μm以下では炎症性反応を惹起し、10μm以下になると貧食を誘発し、長期間強い炎症を引き起こす。マクロサイズの生体適合性には通常、溶解イオンとして発現する材質依存的な化学的効果が支配的であるが、μm〜nmになるとbioactive,bioinert材料でも、微粒子と細胞・組織の相対的なサイズ関係に由来する、材質非特異的な物理的サイズ効果が顕在化する。
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