2017 Fiscal Year Annual Research Report
生体吸収性マグネシウム合金の分解に伴う空孔形成挙動の評価手法開発
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17H02116
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
山本 玲子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 上席研究員 (20343882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 良央 東北大学, 歯学研究科, 助教 (30302152)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | レギュラトリーサイエンス / 生体吸収性金属材料 / 水素発生 / 空孔形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マグネシウム（Mg）合金は、生体内で分解し吸収される金属材料として、ステント・骨接合材等幅広い領域での医療応用が期待されている。しかし、体内での分解に伴う水素発生により組織中に空孔が形成され、インプラント周辺組織の正常な修復を妨げる臨床例が報告されている。従来の生体吸収性材料には分解に伴い水素を発生するものはなく、組織中の空孔形成リスクの適切な評価法はない。Mg合金製デバイスの成功のためには、組織中の空孔形成挙動の解明と、臨床前の適切な空孔形成リスク評価が必要である。そこで本研究では、in vitroにおいて人体内環境の再現による空孔形成挙動の解明を行い、in vivoでの空孔形成量データと合わせ、空孔形成リスクの適切な評価手法の確立を目的とする。
本年度は、in vitroにおける空孔形成挙動観察手法の開発を行った。組織中における空孔の形成はMg合金資料の分解速度と、水素の組織中における溶解・拡散速度に依存すると考えられる。発生した水素の全てが空孔として組織中に留まる訳ではなく、水素発生量と空孔体積は一致しない。そこで、モデル生体組織として増粘剤を添加した疑似体液を用い、Mg合金試料の浸漬試験を実施し、空孔が形成されるか否か、またその観察手法について検討した。同様に、in vivoについても、小動物を用いた空孔形成挙動観察のためのMg合金試料埋植条件ならびに試料処理法・観察条件の検討を行った。
in vitroにおいては、開発した実験系において初期空孔形成が認められ、CT観察により同一試料について空孔の増大・縮小を継時的かつ定量的に測定可能となった。in vivoにおいては、軟組織中への小型試料の埋植後、一定期間経過後に埋植部周辺を切り出し組織ごとCT観察することにより、空孔形成の有無・体積の測定が可能であることが判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の主目的のために最も重要である、in vitroにおける空孔形成挙動観察のための実験系を確立できたことの意味は大変大きい。得られたデータから、理論的扱いも可能になるため、手法としての有用性が高い。比較データとして取得を予定しているin vivo空孔形成挙動についても、その実験手法・観察条件を確立できたことは重要である。したがって、おおむね順調に進展していると判定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実際の生体内においては、組織により水素の拡散速度が異なることが予想される。そのため、増粘剤濃度を変化させることによりモデル組織中の水素拡散速度を制御し、空孔形成挙動に及ぼす影響を確認する。これにより、従来のin vivo試験の限界（ヒトと動物間の種差により、動物体内での空孔形成挙動とヒト体内の空孔形成挙動が異なること）をin vitroモデル系を用いた推定で補い、ヒトにおける空孔形成リスクのより精密な評価を試みる。
また、Mg合金の種類を変えることにより水素発生速度を変化させ、発生-拡散速度バランスの変化が空孔形成挙動にどのような影響を与えるかを検証する。これにより、生体内における空孔形成挙動の制御因子の理解が深まり、理論的推定法確立に資することが期待される。さらに、水素発生量の制御手法として、電気化学測定法の適用を検討し、空孔形成リスクをより簡便に推定可能かどうか、検証する。
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