生体適合性HAP含有ガラス-チタン複合材料の人工関節及び歯科インプラントへの応用

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02559009
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 丸野 重雄 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (60024204)
• 研究分担者: 石川 知志 東京厚生年金病院, 整形外科医師 ; 川口 健 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (80144195) ; 伴 清治 愛知学院大学, 歯学部, 講師 (10159105) ; 伊藤 晴夫 東京厚生年金病院, 整形外科部長 ; 岩田 久 名古屋大学, 医学部, 助教授 (90023796)
• キーワード: 生体インプラント材料 / 生体用傾斜機能複合材料 / 人工骨代替材料 / ハイドロキシアパタイト複合体 / セメントレス人工関節 / 人工歯根

研究概要

ガラスコ-ティング技術と化学エッチングによる表面活性処理法を用いて、ハイドロキシアパタイト(HA)の生体活性とチタン(Ti)の材料特性を兼ね備え、生体内での生物化学反応に対しても極めて安定な生体適合性HAーGーTi傾斜機能複合体を作製し、下記の実験を行い多くの成果を得た。(1)HAーGーTiの生物学的安定性を実験室的に確認するために、疑似人工体液を含む各種水溶液中での溶出イオン量,電気化学的腐食挙動を調べた結果、用いた分散ガラスは、HAの生体活性の障害とならず安定であることが明らかとなった。
(2)疑似人工体液中(in vitro)及び成犬生体中(in vivo)に浸漬及び埋入したHAーGーTi表面には、新しくHAが析出・成長することを、X線回折及び電界型走査電子顕微鏡(FEーSEM)観察により確認し、前者における新しいHAの成長過程と結晶形態(針状結晶)が、従来の化学的合成法によって得られるHAとは異なり、後者の成犬大腿骨中においてHAーGーTi上に生成されるHAと極めて類似したものであることを見出した。(3)HAーGーTiの表面改質実験として、各種りん酸カルシウムの生体中相での変化を考慮して、生体中で生成されるHAと類似の組成と形態を有するHAをHAーGーTi上に迅速に形成する手法を研究開発した。(4)HAーGーTi及びTiを成犬の大腿骨及び脛骨に埋入期間を変えて埋植し、インプラントと骨組織との接合強度,界面接合状態、さらには埋植による炎症などの生体障害を、詳細に調べた。皮質骨部では、新生骨組織が、Ti母材上の約0.1mm厚の生体活性HAーG coating層中に侵入し、骨とインプラントとの、強固な接合を担っていること、海綿骨部では、骨梁に該当する組織がインプラントの周辺に密着して形成され、軟組織の仮骨化がその周辺に進行することが明らかとなり、今後のインプラント開発にとって極めて重要な知見を得た。(5)成犬用HAーGーTi coating股関節を作製し、生体内実験が進行している。以上の研究成果は、国際会議(oxford)で2編、Gordon Res.Conf.などの外国での会議で2編、歯科及び整形外科関係学会で3題発表した。

研究成果

• [文献書誌] S.Maruno,K.Hayashi,Y.Sumi,Y.F.Wang,H.Iwata: "Endosseous Dental Implant of Bioactive Composite Materials of Hydroxyapatite Containing GlassーCoated Titanium" Handbook of Bioactive Ceramics Etd.by T.Yamamuro et al.Vol.2. 187-193 (1990)
• [文献書誌] S.Maruno,H.Itoh,S.Ban,H.Iwata,T.Ishikawa: "Microーobservation and Charactrization of Bonding Between Bone and HAPーGlassーTitanium Functionally Gradient Composite" (3rd Intern.Conf.Biointeraction ｀90, ^8/_<21ー23>,1990,Oxford,UK) in Prees in “Biomaterials".
• [文献書誌] S.Ban,J.Hawegawa,S.Maruno: "Electrochemical Corrosion Behavior of HAPーGlassーTitanium Composites" (3rd Intern.Conf.Biointeraction ｀90, ^8/_<21ー23>,1990,Oxford,UK) in Prees in “Biomaterials".
• [文献書誌] S.Ban,S.Maruno,J.Hasegawa: "Dissolution of HydroxyapatiteーGlassーTitanium Composite and HAPーPrecipitation on Surface <in vitro>___ー" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.29. 1523-1526 (1990)
• [文献書誌] H.Iwata,S.Maruno,H.Itoh,K.Iyoda,T.Ishikawa: "Hydroxyapatite Glass Titanium Functionally Gradient Composite for Cementless Artificial Joint" Gordon Research Conference (Boston,U.S.A). (1990)
• [文献書誌] S.Ban,S.Maruno,J.Hasegawa: "Surface Treatment of HydroxyapatiteーGlassーTitanium Composite" Japanese Association for Dental Research (Sendai). (1990)