| 研究課題/領域番号 |
19K09588
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分56020:整形外科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
大山 慎太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 客員研究員 (80768797)
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| 研究分担者 |
横田 秀夫 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, チームリーダー (00261206)
山澤 建二 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 副チームリーダー (50344057)
平田 仁 名古屋大学, 予防早期医療創成センター(医), 教授 (80173243)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 人工骨 / 生体材料 / セラミックス / 3Dプリンター / 整形外科 / インプラント / 3Dプリンタ / 生体親和性 / ３Dプリンター / 構造力学 / リン酸三カルシウム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
手術で使用される人工骨材料は技術向上により骨置換性や骨導入性能等の材料性能が向上し
たが、依然強度と骨置換性が良好な自家骨を完全に代替する材料ではない。
提案者は人工骨材料の3Dプリント技術を開発しており、動物実験で3Dプリンター人工骨の良好な骨置換性及び安全性を確認している。現在プリンター自体の造形性能や造形物強度は高いが、目標とする自在な内部構造を作成し狙った強度を実現するためのシミュレーションや機構、また病態に応じた生体内での置換と残存構造を制御することで最適な強度を両立できる設計手法は未だ確立したものはない。この技術の洗練と実用化を目指すことが目的である。
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| 研究成果の概要 |
本研究は予定通り中間1/3層に①骨梁構造のみ、②骨梁構造と支柱、③骨梁構造と支柱３本を有する円柱状人工骨を3D印刷した。この際印刷ソフトウェアやα-TCP粒子の前処理、コーティングの技術改良を進めた。2週齢のラット大腿骨に埋植し、良好な骨導入性を確認した。特に低密度の中1/3構造に選択的に早い骨導入性を確認することができた。この実験結果により設計により圧縮精度を改善するためのハードウェア・ソフトウェア改善を実施した。印刷時に１種類だけでなく複数種類のインクを混在し、印刷時に選択することができるような設計と仕様策定を実施。論文１件、特許１件、出版７件、口頭発表２件行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
生体骨に勝る人工骨材料は存在せず、自在造形性と吸収置換性のトレードオフ課題を有していた。また、自在造形は困難であり、手術中に加工に時間を要した。本研究はそれらの課題を解決する意義のある研究である。人工骨を3D印刷する際に、構造バリエーションにより自在造形性と強度、高い吸収置換性を両立できることが実験動物埋植試験で確認できた。またシミュレーションも条件付きながら可能である。今後、複合材料や薬剤による特性を付加した人工骨材料の実現にも大きく前進する事が期待される。欠損組織や病態に合わせた複合造形は未踏の部分であり、研究上も臨床上も非常に重要で未来のある領域と考える。
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