Realization of stress shielding free implant :osteoconduct implant with newly developed materials for next generation

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K16614
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 滝沢 崇 信州大学, 医学部附属病院, 助教(診療) (40748109)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 整形外科 / 脊椎インプラント / チタン / 骨補填剤

Outline of Annual Research Achievements

Titanium Fiber Plate（以下TFP）は骨と厳密に同等の弾性率を持ち合わせた線維性の多孔性構造を有しており, 既に骨再生の足場材として有用であると報告した. 今回チタン繊維の長さと直径の比を定義したアスペクト比(Aspect Ratio：AR）を調節することにより表面積，多孔率，引張率の高い改良型のTFP（AR500）を開発できた．AR500のTFPを用いて，１. In vivoで脊椎横突起間にTFPを使用して骨癒合を促すことができるか，２. In vivoでTFPを用いることで同種骨の骨吸収を抑制できるかに関する検討をした。これらの研究によって、改良型の新規TFPが整形外科脊椎手術治療における骨補填剤として有用かどうかを検討する。
本研究で検証するTFPの骨補填剤としての用途は、現在の整形外科脊椎手術治療における重要な課題を解決する。本研究により高い有効性を認められれば、脊椎固定術の際の骨癒合率の向上を見込むことが出来、早期に整形外科手術への導入が期待できる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

以下に実施した２項目の進捗状況を記載する。
１. In vivoで脊椎横突起間にTFPを使用して骨癒合を促すことができるか：骨再生評価として、ラットの脊椎横突起（L4/5）を露出して横突起をデコルチケーションし、一方にはTFPを移植した群（TFP群: n=5）と移植しない群（Empty群: n=5）でどちらが骨再生されるかを比較評価した。移植に用いるTFPサイズは3mm×5mmとした。実験では術後1、4、8、12週後のMicro-computed tomogramphyを用いた画像と組織標本で評価した。単純CT評価において、Empty群では骨再生を全く認めなかったのに対して、TFP群では12週で有意に骨再生を認めた。骨組織標本の評価は現在進行中である。
２. In vivoでTFPを用いることで同種骨の骨吸収を抑制できるか：骨吸収抑制評価として、ラットの背筋膜下に同種骨のみ移植した群（同種骨単独群: n=5）とTFP＋同種骨（TFP群: n=5）を移植して、どちらの同種骨が骨吸収されずに組織内に留まるかを比較評価した。移植に用いるTFPサイズは10mm×10mm、移植骨は粉砕状で0.05g移植した。同種骨単独群よりも TFP群で4週以降で有意な骨吸収抑制を認めた。
上記の様にAR500のTFPは脊椎横突起間の骨再生に優れ，また同種骨の骨吸収抑制も優れていることから骨補填材として有用であることが動物実験で明らかになった. 今後細胞実験も含めて更に検討を重ねていきたい．

Strategy for Future Research Activity

上記の結果より、AR500のTFPは繊維長が長いためによりARの短いものよりも高い表面積と多孔率を有し，細胞接着保持も高い傾向がある．
繊維長が長いと引張率も高いデータは工学部で既に出されており，骨母床に対しての自由度が上がり組織にフィットしやすいと考えられる．
本年度はARの違うTFPについて主に細胞実験を行い、更なる検討を進めて行く予定である。

Causes of Carryover

次年度使用額は平成31年度請求額と合わせて研究のための物品の購入費、学会発表費として使用する予定である。