| 研究課題/領域番号 |
21K12758
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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90140:医療技術評価学関連
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| 研究機関 | 東京医科大学 |
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研究代表者 |
立岩 俊之 東京医科大学, 医学部, 講師 (00424630)
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| 研究分担者 |
高橋 康仁 東京医科大学, 医学部, 助教 (60567668)
宍戸 孝明 東京医科大学, 医学部, 教授 (70266500)
正岡 利紀 東京医科大学, 医学部, 准教授 (70256270)
山本 謙吾 東京医科大学, 医学部, 主任教授 (10246316)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 人工股関節 / 超高分子量ポリエチレン / 耐摩耗性 / 抗酸化性 / 耐疲労性 / 高度架橋ポリエチレン / 長期耐用性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、高度架橋ポリエチレン人工股関節における超長期耐用を実現するための材料設計の至適化を物理化学的視点で試みるものである。過酷な生体環境内では、インプラントが磨り減ることのみによって寿命を迎えるのではなく、酸化や疲労破壊によってもその寿命が大きく制限される。特に高度架橋化処理により耐摩耗性は向上したが、耐疲労性が低下したという材料工学的課題が残っている。また酸化防止対策として実施されている加熱処理も耐疲労性低下の一因となっている。上記トレードオフの問題を考慮した至適材料設計およびデザイン案を科学的に提唱し、構造力学的に最善のインプラントを患者毎に選択するための指標の確立を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、人工股関節全置換術（THA）用インプラントである超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）寛骨臼ライナーを対象に、抗酸化・耐摩耗・耐疲労性の3つの視点で各種物理化学的耐久試験を実施し、これらの知見を統合することでポリエチレン人工股関節のミクロ構造からマクロデザインまでを定量的に至適化することを目的としている。
2022年度は、ASTM F2003に準拠した強制酸化試験（70℃, 5 atm）を最大18週行い、赤外分光およびラマン分光法を用いた微細構造分析を経時的に実施した。対象は、抗酸化ビタミンE（dl-alpha-tocopherol）含有量が異なる（0, 1000, 3000, 7000 ppm）高度架橋UHMWPE（n=各３個）とした。
結果は、ビタミンE無添加のUHMWPEでは、2週目以降からシグモイド状に酸化度が急増し、酸化反応が連鎖的に生じていることを確認した。さらに酸化反応に関連したトランスビニレン濃度の増加および結晶化度の増加を認めた。一方、1000 ppm以上のビタミンＥを含有した製品では18週後も酸化は非常に軽微であり、いずれも初期構造を保持していた。ビタミンE濃度が高く、トランスビニレン濃度が低いほど抗酸化能は高い傾向が見られた。トランスビニレン濃度低減のためには、架橋時の放射線源として電子線よりγ線を採用し、線量は必要最低限に留めることが有効であると考えられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本事業の遂行において現時点では予期せぬ事態は生じておらず、当初予定通り人工股関節インプラントの各種物理化学的耐久性試験およびその後の分光評価を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、人工股関節インプラントの耐疲労性に着目した各種試験を実施する予定である。
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