抜去されたPS型脛骨インサートにおけるpostの損傷メカニズムと酸化劣化の解析

• Project/Area Number: 22K16742
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 刀根 慎恵 三重大学, 医学部附属病院, 助教 (80763739)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: ポリエチレン / 酸化 / 人工膝関節置換術 / ポスト

Outline of Research at the Start

本研究は人工膝関節置換術後に抜去された様々なPS型脛骨インサートを用いて、post部分における表面構造の変化と酸化劣化の評価を実体顕微鏡及びフーリエ変換赤外線分析を用いて計測し、post部分の損傷部位や耐久性を明らかにすることである。近年、人工膝関節置換術に使用されるPS型脛骨インサートのpost部分における破損の報告が散見されるが、post破損に至るメカニズムは明らかではない。生体内より抜去されたPS型脛骨インサートのpostを解析することによって、post破損に至る原因を解明する一助となることが考えられる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は人工膝関節置換術後に抜去された様々なPS型脛骨インサートを用いて、post部分における表面構造の変化と酸化劣化の評価を実体顕微鏡及びフーリエ変換赤外線分析を用いて計測し、post部分の損傷部位や耐久性を明らかにすることである。本研究では患者の体内から抜去されたサンプルを用いるため、すでに三重大学医学部附属病院臨床研究倫理審査 (H2019-212) の承認を得ている。また、本研究は人工関節インプラント抜去調査グループとして三重県内の10施設を協力施設とし、抜去されたサンプルと患者情報は三重大学に提供され、測定及び解析はすべて三重大学で行う。本研究に使用するサンプルには従来型の超高分子量ポリエチレンだけでなく、架橋型超高分子量ポリエチレンやビタミンE添加超高分子量ポリエチレンなども含まれており、様々なpostの損傷形態や酸化劣化が明らかとなる。国内外において人工膝関節置換術後のpostの破損報告は散見されるものの、post部分に注目して表面構造の変化と酸化度の計測を行った報告は少なく、このような解析を行える機関・施設が限られているため、今後も報告は少ないと考えられる。これまで人工膝関節置換術後に抜去されたPS型脛骨インサートは29例であり、従来型の超高分子量ポリエチレンだけでなく、架橋型超高分子量ポリエチレンやビタミンE添加超高分子量ポリエチレンなどといった製造工程の異なる様々な脛骨インサートが含まれている。それぞれのPS型脛骨インサートのpost部分における表面損傷形態や酸化度を比較検討することでpost折損に至るメカニズムが明らかとなる可能性がある。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2010年より人工膝関節置換術後に抜去を余儀なくされた脛骨インサートは現時点で66サンプルあり、そのうちpost-cam機構を有するPS型脛骨インサートは現時点で29サンプル存在する。抜去されたPS型脛骨インサートサンプルは十分に洗浄し、速やかに真空状態に密閉し、-80℃の環境下で保存した。現在16例に対してpostの表面構造を調査した。男性4例、女性12例で抜去時の平均年齢は79.5歳、平均身長は152cm、平均体重は63.4kg、Body mass indexは27.2kg/cm2、生体内埋入期間は43ヵ月であった。使用機種メーカーはAesculap9例、Zimmer-Biomet5例、DePuy2例でインサートの厚みは平均11.4mmであった。従来型の超高分子量ポリエチレンが9例、抗酸化剤添加超高分子量ポリエチレンが7例であった。再置換理由は感染が9例、無菌性ゆるみが3例、骨折が1例、疼痛が1例、関節内血腫が2例であった。Postの前面、後面、内側面、外側面、頂面の計5カ所のエリアに対してEmbedded debris, Scratching, Delamination, Surface deformation, Abrasion, Burnishing, and Pittingの7つの表面損傷形態の評価を行った。表面損傷形態の平均スコアは前面1.7±1.9、内側面0.8±1.2、後面2.4±2.5、外側面1.4±1.8、頂面0.3±0.7であり、すべての面の合計平均スコアは6.6±5.6であった。

Strategy for Future Research Activity

引き続きデジタルマイクロスコープを用いて脛骨postの表面損傷形態の解析を行う。その後、脛骨postに対して200μmの薄片を作製しフーリエ変換赤外線分析を用いて酸化劣化を測定する予定である。測定したデータと各パラメーター（身長、体重、年齢、BMI、生体内期間など）と酸化度、残留脂質量との相関も検討する。また、表面損傷形態と酸化度との関連性も検討する。