人工椎間板の動的環境下でも力学的・組織学的検討

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08407045
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 金田 清志 北海道大学, 医学部, 教授 (60000957)
• 研究分担者: 廉澤 剛 北海道大学, 獣医学部, 講師 (70214418) ; 藤永 徹 北海道大学, 獣医学部, 教授 (50181376) ; 鐙 邦芳 北海道大学, 医学部, 助教授 (00159419) ; 庄野 泰弘 北海道大学, 医学部・附属病院, 講師 (80261288)
• キーワード: 人工椎間板 / 生体力学 / 組織学的検討 / 長期動物実験

研究概要

本研究では生体活性セラミックスで表面処理した多軸三次元立体織物形状の人工椎間板(以下:人工椎間板)のさまざまな動的環境下での経時的変化を生体力学的・組織学的に調査し、今後の臨床応用に向けての基礎的データを蓄積する。平成10年度までに、羊用人工椎間板と羊正常椎間板の力学的特性(引張-圧縮、捻り、粘弾性、疲労特性)の比較および適正化、人工椎間板移植および短期成績の確認、臨床応用に向けた人腰椎椎間板の三次元形態計測を施行した。平成11年度は本実験第3群である吸収性材料固定群の移植1年以上の成績を調査するとともに、人工椎間板と骨界面の走査電子顕微鏡を使用した評価を通して、骨との接合界面の微細構造および人工椎間板と骨との癒合過程を検討した。また1年以上経過例の人工椎間板-椎体界面の強度試験を施行した。結果、吸収性材料による人工椎間板の固定は、良好な初期安定化をもたらした。さらに術後6ヶ月以降に吸収性材料の加水分解による強度低下が起こり、15ヶ月までに全例で椎間可動性が獲得された。組織学的には、界面の成熟は特有な配向をもつ線維軟骨組織を通して起こり、組織形態学的計測の結果から、成熟した界面ほど密な幅の広い骨梁が形成されることがわかった。また界面の引っ張り破断強度は経時的に増加し、術後15ヶ月では同様な設定で手術された生体活性セラミックス材料の界面強度をはるかに上回っていた。以上の一連の結果から、本人工椎間板は臨床応用が期待できる材料であることが明らかとなった。なお研究結果の一部は2000年アメリカ整形外科学会、Steindler awardの受賞を受けたことを付記する。

研究成果

• [文献書誌] 小谷善久 他: "多軸三次元立体織物による人工椎間板全置換術の生体力学的・組織学的検討(第1報)"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 20. 13-18 (1999)
• [文献書誌] 小谷善久 他: "三次元立体織物形状の人工椎間板の開発と椎間板全置換術に関する研究"第12回バイオエンジニアリング講演会. 97-98 (1999)
• [文献書誌] 角家 健 他: "三次元立体織物を使用した羊人工椎間板の生体力学特性とその生体内変化"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 20. 1-5 (1999)
• [文献書誌] Kotani, Y., et al.: "Total Intervertebral Disc Replacement Using Bioactive Three-dimensional Fabrics. A Biomechanical and Histologic Study"Bioceramics. 12. 307-310 (1999)
• [文献書誌] Takada, T., et al.: "Vertebral Body Replacement Using A Porous-surfaced Apatite-wollastonite Glass Ceramic Prosthesis in A Sheep Model. A Histologic Study"Bioceramics. 12. 327-330 (1999)
• [文献書誌] Kotani, Y., et al.: "Biomechanical and histological analysis of total intervertebral disc replacement using bioactive three-dimensional fabrics"Trans. Orthopaedic Research Society. 204 (1999)
• [文献書誌] Kadoya, K., et al.: "A biomechanical property of sheep artificial intervertebral disc and its alteration in vivo"Trans. Orthopaedic Research Society. 1032 (1999)
• [文献書誌] Kotani, Y., et al.: "Segmental biomechanics and interface histology of artificial intervertebral disc replacement under different fixation conditions"Trans. Orthopaedic Research Society. 333 (2000)
• [文献書誌] Kadoya, K., et al.: "Viscoelasitic and fatigue biomechanical properties of sheep artificial intervertebral disc using three-dimensional fabric"Trans. Orthopaedic Research Society. 312 (2000)