ケイ酸カルシウム処理による骨伝導性制御

• Project/Area Number: 19659510
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 補綴理工系歯学
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 石川 邦夫 Kyushu University, 歯学研究院, 教授 (90202952)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松家 茂樹 福岡歯科大学, 歯学部, 教授 (00108755) ; 宮本 洋二 徳島大学, 工学府, 教授 (20200214) ; 竹内 あかり 九州大学, 歯学研究院, 助教 (40432918)
• Project Period (FY): 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2007: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
• Keywords: 骨伝導性 / ケイ酸カルシウム / カルシウム処理 / アパタイト / 生体不活性材料 / アルミナ / ステンレススチール / 骨髄細胞

Research Abstract

歯科用インプラントの適応症例拡大および即時荷重に対する社会的要求から、チタンの骨伝導性向上と骨造成術の向上が急務となっている。申請者はケイ素を媒体として材料をカルシウム処理すれば材料に骨伝導性が付与されるとの仮定でケイ酸カルシウム処理による骨伝導性制御を検討した。
ケイ酸カルシウムは二酸化ケイ素と炭酸カルシウムを1:2のモル比で混合し、電気炉にて焼成調製した。金属材料の例としてステンレススチール、セラミックスの例としてアルミナをケイ酸カルシウム懸濁液中に浸漬し、150度で24時間水熱処理した。水熱処理後のステンレススチールおよびアルミナ表面に付着しているケイ酸カルシウムを十分に除去、洗浄した後にESCAにて表面分析を行った。その結果、ステンレススチールおよびアルミナの両者にケイ素およびカルシウムに起因すると思われるピークが観察され、水熱処理によってカルシウム表面修飾が可能であることがわかった。ケイ酸カルシウムは材料表面の水酸基と反応している可能性が高い。そのため、表面の水酸基を増大する目的でオゾン処理を行ったところ、カルシウム修飾効果が顕著であることがわかった。
カルシウム修飾材料の骨伝導性をスクリーニングするために体液とほぼ同じ無機イオン濃度を示す疑似体液を用いて骨様アパタイトの析出実験を行った。カルシウム修飾を行っていないステンレススチールおよびアルミナを36度で疑似体液に14日間浸漬しても析出物は全く認められずステンレススチールおよびアルミナが生体不活性材料であることが確認できた。一方、カルシウム修飾を行った材料に関しては疑似体液に3日間浸漬すると析出物が認められた。粉末X線回折装置およびフーリエ変換分光光度計による解析の結果、析出物は炭酸アパタイトであることがわかった。炭酸アパタイトの種類は、生体骨と同じアパタイトのリン酸基サイトの一部が炭酸基に置換しているB型であった。
カルシウム処理材料の骨伝導性をより詳細に解析する目的で骨髄細胞を用いて細胞の初期接着性を検討した。その結果、ステンレススチールとアルミナのいずれもがカルシウム処理によって初期接着性が向上していることがわかった。
疑似体液および骨髄細胞を用いた検討から、ケイ酸カルシウム処理は生体不活性材料に骨伝導性を付与できる方法である可能性が高いことが明らかになった。今後は今回の実験結果をもとに、実験動物を用いた検討が望まれる。