β-TCP含有Mg合金による骨固定材の開発

Research Project

Project/Area Number	23K15948
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 56070:Plastic and reconstructive surgery-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	佐藤顕光東北大学, 大学病院, 助教 (90623603)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000) Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords	マグネシウム / 不溶性塩 / 出血環境 / 生体吸収性骨接合材 / Mg合金 / β-TCP
Outline of Research at the Start	近年、生体吸収性骨接合材の新素材としてマグネシウム合金が注目され、国内外で研究が進められている。Mg合金は骨接合に十分な高強度を有し、かつ生体吸収性素材であることから、従来の骨接合素材であるチタン性素材と吸収性高分子材料の優れた特徴を兼ね備えた、生体吸収性素材となり得る。さらに、現在骨欠損部の補填材として用いられているβ-リン酸三カルシウムにも骨形成能があることが知られており、渡辺らはβ-TCPを含有した新しいMg合金の開発に成功した。本研究では従来のMg合金の特徴の改良を目指し、この新素材の機械的性質、分解挙動、骨形成への影響を解析し、将来の臨床応用を念頭に置いたものである。
Outline of Annual Research Achievements	β-TCP含有マグネシウム合金の腐食挙動のメカニズムを解明するに先立ち、マグネシウムの分解挙動を把握する必要性が生じたため、予備的に腐食挙動の試験を開始した。これまで腐食のメカニズムはin vitroとin vivoではデータに解離があることが多かったが、臨床応用をする際に影響が避けられない出血による影響が十分に検討されていなかったため、出血の影響を確認した。ラットの大腿骨で出血モデルを作成し、マグネシウム試料を埋植し解明を行った。出血はマグネシウムの腐食を促進すること分かった。また、腐食による不溶性塩がマグネシウム試料の表面を覆うにつれて、経時的に腐食は抑制されたが、出血がない環境と比べて腐食速度が速いことが確認できた。さらに、SEM-EDX、ICP-MS、ラマン分析により出血環境下では埋植初期に生じる不溶性塩の組成や構造が異なることが確認され、腐食速度にも影響を与えていることが確認できた。出血環境下でのpHの変化やイオン拡散速度が異なることで、析出が異なることが示唆された。また、高解像度マイクロCTにより、血液にマグネシウムを浸漬した場合に、埋植1日までにガス空隙を形成することが確認され、経時的に縮小することが確認された。これは、臨床応用時にマグネシウム製の骨固定材の周囲に出血がある場合には腐食の促進とともにガス空隙が生じやすく、骨壊死などの合併症のリスクが高くなる可能性を意味している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 生体内に埋植した場合の腐食挙動には不明な点が多く、これまで出血の影響による検討がほとんどなされていなかったため、前提として生体内に埋植した場合の腐食挙動を十分に解明する必要が生じたため。
Strategy for Future Research Activity	これまでのマグネシウムの腐食挙動の知見から、具体的にβ-TCP含有マグネシウムのネイルを埋植することで、腐食挙動の解明を進める。また、β-TCP含有濃度を変化させることで、どのような腐食挙動の違いや骨形成を誘導するかを確認する。埋植はウサギを予定し、中期的な腐食挙動の解明を行う。マイクロCTの撮影によるガス形成やネイルの吸収過程を分析する。