Bone Bonding Effect of 3D-Printed Titanium Implant with Chemical Surface Treatment

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K18463
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: SHIMIZU TAKAYOSHI 京都大学, 医学研究科, 助教 (50835395)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 3次元積層造形 / ストロンチウム / 表面化学処理 / チタン合金 / インプラント / 骨欠損

Outline of Final Research Achievements

A detailed surface evaluation of 3D-printed titanium implants with strontium coating was performed. As a result, it was shown that strontium treatment improved the hydrophilicity of the implant surface and promoted the adhesion of osteoblast-like cell. In addition, the implant had a good apatite formation capability on its surface after soaked in the simulated body fluid, and thus had an in-vivo bone binding ability. Finally, a simple plate-shaped implant was placed in the rabbit tibia, and the results of in-vivo evaluation of bone-implant interface showed that the interface was strongly bonded from an early stage (2 weeks after implantation). It was proved that the bone-bonding ability was maintained even after long-term implantation.

Free Research Field

整形外科

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

整形外科領域において、外傷や骨腫瘍切除後に生じた大きな骨欠損を再建する際に、従来用いられてきたチタン合金インプラントでは、既存のインプラントサイズの規格に限りがあり患者特有の欠損部に適合しない場合があることや、骨とインプラントの間の緩みとそれによるインプラント破損といった問題点がある。本研究の結果、3次元積層造形によって造形されたチタンインプラントは表面化学処理を施すことによって骨と早期に結合することが明らかになった。この技術を応用し、骨欠損部に適した形状に造形したインプラントの臨床応用への可能性が示唆された。