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PEEK Spinal Implants with Improved Bone Union

Research Project

Project/Area Number 17K10936
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Orthopaedic surgery
Research InstitutionNara Medical University

Principal Investigator

FURUKAWA AKIRA  奈良県立医科大学, 医学部, 研究員 (40607537)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 赤羽 学  奈良県立医科大学, 医学部, 准教授 (40326327)
田中 康仁  奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (30316070)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
KeywordsPEEK / インプラント / 骨癒合 / アパタイト / レーザー / ストロンチウム / 骨形成促進 / レーザー溶着 / 亜鉛 / コーティング / 炭酸ガスレーザー / レーザーボンディング / 骨形成促進作用 / 骨伝導性 / クエン酸 / 脊椎インプラント / 骨誘導 / ナノコーティング / 生体適合性材料
Outline of Final Research Achievements

Since PEEK (polyether ether ketone) is inherently bioinert and does not exhibit osteoconductivity, orthopedic PEEK implants sometimes lead to loosening or dislodgement when they are implanted into patients. In this study laser-bonding of apatite on PEEK surface was examined. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells were cultured on the surface of the apatite-coated PEEK. As for apatite, zinc and/or silicon substituted strontium apatite were prepared and their effects on growth and differentiation of the cells were studied. Both strontium and zinc ions synergistically stimulated the growth and differentiation of pre-osteoblastic cells. Enhanced osteocalcin secretion and considerable deposition of both calcium phosphate and extracellular matrix composition were observed. Laser bonding of zinc and silicon substituted strontium apatite on PEEK surface produced an excellently bioactive and osseointegrated PEEK material especially suitable for spinal implants.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

PEEK樹脂は生体骨と力学物性が近似し化学的に安定なため各種インプラントに利用されるが骨と接合し難いことが問題であった。本研究では炭酸ガスレーザーを利用してPEEK樹脂表面にアパタイトを熱融着する新技術を開発した。これによりPEEK樹脂表面にアパタイトが強固に接合し、表面に骨との接合性を付与することに成功した。さらに、ストロンチウムは骨形成を促進するためインプラントに治癒促進作用を付与する可能性を示した。これらの成果から高齢者など骨密度が低下し骨形成能が低下した患者に対して適応可能なPEEK製インプラントを提供できる可能性を示した。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Silicate-substituted strontium apatite nano coating improves osteogenesis around artificial ligament2019

    • Author(s)
      Egawa Takuya
    • Journal Title

      BMC Musculoskelet Disord

      Volume: 20 Issue: 1 Pages: 396-396

    • DOI

      10.1186/s12891-019-2777-8

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] CO2 Laser Bonding of Silicate-Substituted Strontium Apatite on PEEK and Osteointegration on its Surface2018

    • Author(s)
      Akira Furukawa, Manabu Akahane and Yasuhito Tanaka
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 782 Pages: 145-150

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/kem.782.145

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Improved Osseointegration of Bone Substitutes by Zinc or Magnesium Substituted Strontium Apatite Coatings2019

    • Author(s)
      古川 彰、 赤羽学、 川崎佐智子、 吉良務、 田中康仁
    • Organizer
      Bioceramics31
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 整形外科用インプラント表面への各種ストロンチウムアパタイトの レーザー溶着加工と骨形成促進作用に関する検討 (第三世代の整形外科用インプラントに向けて)2019

    • Author(s)
      古川 彰、 赤羽学、 川崎佐智子、 吉良務、 田中康仁
    • Organizer
      砥粒加工学会 学術講演会(ABTEC 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] CO2 Laser Bonding of Silicate-Substituted Strontium Apatite on PEEK and Osteointegration on its Surface2018

    • Author(s)
      Akira Furukawa, Manabu Akahane and Yasuhito Tanaka
    • Organizer
      Bioceramics30
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] α-SrHPO4のストロンチウムアパタイトへの変換と表面における骨髄間葉系幹細胞培養2018

    • Author(s)
      古川彰、赤羽学、田中康仁
    • Organizer
      日本セラミックス協会年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] ケイ酸ストロンチウムアパタイトの合成と人工骨への表面コーティング2018

    • Author(s)
      古川彰、吉良務、赤羽学、田中康仁
    • Organizer
      日本セラミックス協会年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] CO2 Laser Bonding of Silicate-substituted Strontium Apatite on PEEK and Osteointegration on Its Surface2018

    • Author(s)
      古川彰、赤羽学、田中康仁
    • Organizer
      Bioceramics30
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 低結晶性ストロンチウムアパタイトとそれを利用した医療用インプラントおよびその製造方法2019

    • Inventor(s)
      古川 彰, 赤羽 学, 川崎 佐智子, 田中 康仁
    • Industrial Property Rights Holder
      古川 彰, 赤羽 学, 川崎 佐智子, 田中 康仁
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-154977
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ケイ酸ストロンチウムアパタイトおよびこれを含む細胞培養基材と生体活性インプラント2017

    • Inventor(s)
      赤羽学、田中康仁、古川彰
    • Industrial Property Rights Holder
      赤羽学、田中康仁、古川彰
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-208653
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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