吸収性高分子繊維と同種膠原線維束からなる生体同化性ハイブリッド型人工靭帯の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10558124
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 安田 和則 北海道大学, 医学部, 教授 (20166507)
• 研究分担者: 宮城 登 北海道大学, 医学部・附属病院, 助手 (90261297) ; 藤木 裕行 北見工業大学, 工学部, 助教授 (80238550) ; 和田 龍彦 北海道大学, 医療技術短期大学部, 教授 (90002112)
• キーワード: 人工靭帯 / ハイブリッド材料 / 生体吸収性 / 膠原線維 / 靭帯再建術 / 生体材料

研究概要

1)ビーグル成犬20頭を用いた。両側の下肢より長さ10cmの浅趾屈筋腱を採取し、直径が4mmの2種類(A型およびB型)のhybrid材料を作成した。A型の人工繊維部には非吸収性Polyester糸(直径0.4mm)7本(747.1N)を、B型のそれには生体吸収性Poly-L-乳酸(PLLA)糸(直径0.3mm)20本(744.8N)を用いたI群(12頭)の左右の膝にこの各材料を用いて前十字靭帯(ACL)再建を行った.脛骨側では直径4.5mmの骨孔の中に自家腱部分が15mm入るように移植した。予備実験で12週での観察は必要がないことが解ったので,再建直後および6週後にそれぞれ5頭および7頭ずつ屠殺し、各時期の5頭を力学的試験に、6週後の2頭を組織学的観察(Masson-trichrome染色)に供した。生体力学的試験では引き抜きが脛骨側のみで発生するように工夫したJigを用いて移植材料-脛骨(GT)複合体を万能試験機に取り付け、移植材料の引き抜き試験を行った。
2)また屈筋腱部分のみの固着強度を測定するために、別の8頭(II群)の右膝にA型を用いたACL再建術を行い、6週後に屠殺して脛骨側の糸を切除した後に力学的試験を行った.統計学的解析には分散分析を用いた。
3)I群の引き抜き試験では,AおよびB型GT複合体のの破断様式および最大荷重に両群間で差はなかった。6週では両型ともすべて腱の実質部断裂を生じ6週で約230Nであった。組織学的観察では、両群とも人工繊維周囲に軽度の炎症細胞の浸潤を認め,群間差はなかった。腱-骨孔壁間は線維性肉芽組織で埋められ、その中にSharpey線維様のコラーゲン線維を広範に認めた。II群の破壊様式は3膝が骨孔からの引き抜き、2膝が腱の実質部断裂であり、最大荷重は204.8±35.9Nであった
4)本研究は,生体吸収性PLLA繊維が生体由来膠原繊維束の骨への固着過程に悪影響を及ぼさないこと,および非吸収糸と同等の使命を果たすことを示した.生体内で数ヵ月から1年をかけて吸収されていくPLLA繊維はhybrid材料に組み込むための有望な人工繊維材料であると考えられた.

研究成果

• [文献書誌] Yasuda, K., et al.: "Changes in biomechanical properties of tendons and ligaments from joint disuse"Osteoarthritis and Cartilage. 7. 122-129 (1999)
• [文献書誌] Yasuda, K., et al: "The effect of PCL injury on muscle performance"J Sports Rehabilitation. 8. 324-334 (1999)
• [文献書誌] Yamamoto, N., et al.: "Biomechanical studies of the rabbit patellar tendon after removal of its one-fourth or a half"Tr ASME J Biomech Eng. 121. 323-329 (1999)
• [文献書誌] Yamanaka, M. Et al.: "The effect of cyclic displacement upon the biomechanical characteristics of anterior cruciate ligament reconstructions"Am J Sports Med. 27. 772-777 (1999)
• [文献書誌] Tomita, F., et al.: "Biomechanical and histological comparisons of intraosseous graft healing in anterior cruciate ligament reconstruction. - Doubled flexor tendon graft versus bone-patellar tendon-bone graft"Arthroscopy. 15(suppl1). S2-S2 (1999)
• [文献書誌] Yamazaki, S., et al.: "The effect of graft-tunnel diameter disparity on intraosseous graft healing in anterior cruciate ligament reconstruction using doubled flexor tendon or bone-patellar tendon-bone graft"Arthroscopy. 15(suppl1). S5-S5 (1999)
• [文献書誌] Yasuda, K., et al.: "Arthroscopically assisted posterior cruciate ligament reconstruction using the tripled semitendinosus and gracilis tendons"Arthroscopy. 15(suppl1). S40-S40 (1999)
• [文献書誌] Tohyama, H., et al.: "Stress application beyond the threshold level of twice the physiological stress deteriorates the mechanical properties of the in situ frozen patellar tendon"Trans Orthop Res Soc. 24. 1088-1088 (1999)
• [文献書誌] Mikami, S., et al.: "Differences between the effects of stress deprovation and enhancement on mechanical properties and histology of the in situ frozen anterior cruciate ligament"Trans Orthop Res Soc. 24. 1076-1076 (1999)
• [文献書誌] Sakai, T., et al.: "Effects of low and high dose administration of EGF and TGF-Beta with the fibrin sealant on the mechanical properties and histology of the in situ frozen anterior cruciate ligament"Trans Orthop Res Soc. 24. 1058-1058 (1999)
• [文献書誌] Tomita, F., et al.: "Biomechanical and histological comparisons between the doubled flexor tendon and bone-patellar tendon-bone grafts concerning intraosseous healing in anterior cruciate ligament reconstruction"Trans Orthop Res Soc. 24. 955-955 (1999)
• [文献書誌] Sakaki, K, et al.: "The effect of hemarthrosis to bone marrow bleeding on the mechanical properties and histology of the in situ frozen anterior cruciate ligament"Trans Orthop Res Soc. 24. 954-954 (1999)
• [文献書誌] Yamazaki, S., et al.: "The effect of graft-tunnel diameter disparity on healing of the doubled flexor tendon graft within the bone-tunnel in anterior cruciate ligament reconstruction"Trans Orthop Res Soc. 24. 932-932 (1999)
• [文献書誌] Nakano, H, et al: "Dynamic evaluation of the interference screw for the doubled flexor tendon graft in anterior cruciate ligament reconstruction"Trans Orthop Res Soc. 24. 931-931 (1999)
• [文献書誌] 安田和則 他: "凍結処理した家兎前十字靭帯の力学的特性に対する外因性EGFおよびTGF-βの効果"第11回バイオエンジニアリング講演会論文集. 99. 76-77 (1999)
• [文献書誌] 山崎修司 他: "膝前十字靭帯再建術における屈筋腱束の直径と骨孔径との不一致が腱束の骨孔内固着強度に与える影響"日本臨床バイオメカ学会誌. 20. 145-150 (1999)
• [文献書誌] 冨田文久 他: "膝前十字靭帯再建術における骨付き膝蓋腱および屈筋腱の骨孔内治癒過程の差に関する生体力学的および組織学的検討"日本臨床バイオメカ学会誌. 20. 139-144 (1999)
• [文献書誌] 三上将 他: "負荷がIn situ凍結処理した前十字靭帯の力学的特性に与える効果"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 20. 129-132 (1999)
• [文献書誌] 遠山晴一 他: "負荷増大がIn situ凍結処理後膝蓋腱の力学的特性に与える影響"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 20. 123-128 (1999)
• [文献書誌] 酒井俊彦 他: "TFGおよびTFG-βの大量投与が凍結処理前十字靭帯の力学的特性に与える効果"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 20. 133-138 (1999)
• [文献書誌] 安田和則 他: "後十字靭帯再建術.-多重束膝屈筋腱ハイブリッド代用材料を用いた関節鏡視下手術"整形外科. 50. 962-967 (1999)