Osteoinduction of the cranial and spinal 3D-printed implants

• Project/Area Number: 19K09517
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56010:Neurosurgery-related
• Research Institution: Akita Cerebrospinal and Cardiovascular Center
• Principal Investigator: Sugawara Taku 秋田県立循環器・脳脊髄センター(研究所), 医工学研究部, 研究部長 (80241660)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: チタン合金 / 骨誘導 / 3Dプリント / ３Dプリンター / チタンプリンター / インプラント

Outline of Research at the Start

神経外科領域の医療機器として、3Dチタンプリンターで造形した頭蓋骨インプラント、脊椎インプラントなどが次々に薬事承認・実用化されている。チタン合金を加熱すると、表面に発生した水酸基がカルシウムイオンを引き寄せることによる骨誘導作用が付与されることが知られているが、3Dチタンプリンターはビーム照射によりチタン粉末を加熱・溶融して造形を行う装置であり、造形物はこの特性を獲得している可能性が高い。骨誘導作用はインプラントの最終目的である骨癒合を早期にもたらすことで種々の合併症を予防できる特性であり、本研究の目的は3Dプリンター製造形物の骨誘導作用を評価し、至適な造形条件を探索することである。

Outline of Final Research Achievements

3D-printed titanium alloy has an excellent physical strength, but other characteristics are unclear. Once heated, machine-cut titanium alloy is known to exhibit osteoinductive property by calcium ions attracted by the hydroxyl group on its surface, likewise 3D-printed materials may also have osteoinductive effects. In this study, best 3D-printing condition to induce bone induction is studied.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られたデータは今後、骨補填・骨癒合を目的とするすべての3Dチタンプリンター造形物に応用できる基礎的なデータとなる。本研究では頭蓋骨・脊椎インプラントを想定しているが、人工歯根や人工関節など早期に強固な骨癒合が求められる他部位のインプラントについても応用可能である。多くの医療機器開発者・三次元造形物開発担当者が利用できるように、得られた研究結果は公開する。

Research Products

• [Journal Article] Sacral plexus disorder caused by a wooden toothpick in the rectum (2021)
  • Author(s): Endo Takuro、Sugawara Taku、Higashiyama Naoki
  • Journal Title: BMJ Case Reports Volume: 14 Issue: 1 Pages: e238690-e238690
  • DOI: 10.1136/bcr-2020-238690
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cervical myelopathy due to neurovascular compression syndrome caused by persistent first intersegmental artery: a case report (2020)
  • Author(s): Endo Takuro、Sugawara Taku、Higashiyama Naoki
  • Journal Title: BMC Neurology Volume: 20 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s12883-020-01976-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fujioka T, Nakata K, Nakano Y, Nozue Y, Sugawara T, Konno N, Maeda S, Kamishina H (2020)
  • Author(s): Accuracy and Efficacy of a Patient-Specific Drill Guide Template System for Lumbosacral Junction Fixation in Medium and Small Dogs: Cadaveric Study and Clinical Cases
  • Journal Title: Front Vet Sci Volume: 6 Pages: 6494-6494
  • DOI: 10.3389/fvets.2019.00494
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical Application of 3D Printing Technology to the Surgical Treatment of Atlantoaxial Subluxation in Small Breed Dogs (2019)
  • Author(s): Hiroaki Kamishina, Taku Sugawara, Kohei Nakata, Hidetaka Nishida, Naoko Yada, Toru Fujioka, Yoshihiko Nagata, Akio Doi, Naoyuki Konno, Fujio Uchida, Sadatoshi Maeda
  • Journal Title: PLos One Volume: 14 Issue: 5 Pages: e0216445-e0216445
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0216445
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Novel Patient-Specific Drill Guide Template for Stabilization of Thoracolumbar Vertebrae of Dogs: Cadaveric Study and Clinical Cases (2019)
  • Author(s): Fujioka T, Nakata K, Nishida H, Sugawara T, Konno N, Maeda S, Kamishina H
  • Journal Title: Vet Surg Volume: 48 Issue: 3 Pages: 336-342
  • DOI: 10.1111/vsu.13140
  • Peer Reviewed