骨粗鬆症と人工関節周囲感染治療に対応した生体活性骨セメントの開発

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K12076
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 後藤 公志 京都大学, 医学研究科, 特定講師 (00437229)
• 研究分担者: 河井 利之 京都大学, 医学研究科, 特定病院助教 (80806828)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 生体活性骨セメント / 酸化チタン / 人工関節置換術 / 骨粗鬆症 / インプラント周囲感染

研究実績の概要

人工関節の弛みの主な原因となっている、骨と直接結合出来ないという従来のPMMA骨セメントの欠点を克服するため、我々は世界で初めて酸化チタン微粒子をPMMAに混ぜた生体活性骨セメントを開発し、従来のPMMA骨セメントに比べて有意に生体活性能に優れていることを明らかにしてきた(Goto: Biomaterials 2005, J Mater Sci Mater Med 2008)。酸化チタンの含有量を減らし、酸化チタンおよびPMMA微粒子を改変することにより従来のPMMA骨セメントに強度特性を近づけた骨セメントにおいても、生体活性を有することも証明した(Fukuda and Goto: J Biomed Mater Res B 2010, Acta Biomater 2011)。これらの結果に基づいて、世界初の人工関節固定用の生体活性骨セメント（商品名：オセジョイン）として2016年に国の製造販売承認を得た。ビーグル犬の股関節にこのセメントを用いて人工股関節を固定した場合の荷重環境下においても、優れた骨―セメント界面の固着性が得られることも証明した（Imamura and Goto: J Biomed Mater Res B 2019）。また、膝関節内荷重環境下における骨との固着性についても、オセジョインでは優れた骨伝導能を示すことを証明した（論文投稿中）。さらに、白色家兎を用いた骨粗鬆症モデルの確立を行い、骨粗鬆症の骨においても従来のPMMA骨セメントよりもオセジョインで優れた生体活性能を示すことを証明することを目指してきた。

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

白色家兎を用いた骨粗鬆症モデルで有意に骨密度が低下していることを示し、その大腿骨において、PMMA骨セメントと比較してオセジョインは優れた生体活性能を示すことを証明し、膝関節内荷重環境下での骨伝導能の評価とあわせて論文を作成し、現在投稿中である。

今後の研究の推進方策

オセジョインを抗菌薬徐放セメントスペーサーとして用いた場合の人工関節周囲感染に対する有用性を評価する実験に関しては、10週齢の雄のSDラットの大腿骨に径1.5mmのK-wireを用いて大腿骨髄腔に逆行性にリーミングを行い、径1mm×2cmのセメント硬化体を髄腔内に埋入後、大腿骨遠位関節面に容量を調節した黄色ブドウ球菌を滴下して閉創後、3, 7, 14日後に屠殺してインプラント抽出液、大腿骨抽出液を作成し、Agarプレート上で37℃で12時間incubateしてコロニー形成を確認する実験を、既存のPMMA骨セメント、GM含有PMMA骨セメント、オセジョイン、GM含有オセジョインの4群に分けて実験を行う予定で予備実験を行ってきた。大腿骨での逆行性でのセメント挿入は可能であったが、細菌の滴下が一様に行えない為か、コロニー形成のばらつきが大きく、再現性のある結果を得ることが困難と判断した。代替策として、脛骨結節側からK-wireを用いて脛骨髄腔にリーミングを行い、黄色ブドウ球菌を髄腔内に注入して骨セメントを埋入する予備実験を現在行っている。3日後に屠殺してインプラント抽出液でのコロニー形成を確認する作業を行っており、再現性のある結果が得られると判断されれば、本実験を行う方針で実験を進めている。

研究成果

• [雑誌論文] The use of a bioactive bone cement containing apatite-wollastonite glass-ceramic filler and bisphenol-a-glycidyl methacrylate resin for acetabular fixation in total hip arthroplasty: long-term follow-up results of a clinical trial. (2019)
  • 著者名/発表者名: Goto K, Kuroda Y, Kawai T, Kawanabe K, Matsuda S.
  • 雑誌名: Bone Joint J. 巻: 101 ページ: 787-792
  • DOI: 10.1302/0301-620X.101B7.BJJ-2018-1391.R2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical application of injectable growth factor for bone regeneration: a systematic review. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuroda Y, Kawai T, Goto K, Matsuda S.
  • 雑誌名: Inflamm Regen. 巻: 39 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s41232-019-0109-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hip-Spine Syndrome: Acetabular Anteversion Angle Is Associated with Anterior Pelvic Tilt and Lumbar Hyperlordosis in Patients with Acetabular Dysplasia: A Retrospective Study. (2019)
  • 著者名/発表者名: Okuzu Y, Goto K, Okutani Y, Kuroda Y, Kawai T, Matsuda S.
  • 雑誌名: JB JS Open Access. 巻: 4 ページ: e0025
  • DOI: 10.2106/JBJS.OA.18.00025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Does Prophylactic Administration of Edoxaban Increase D-Dimer Levels after Total Hip Arthroplasty? (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawai T, Kuroda Y, Goto K, Matsuda S.
  • 雑誌名: J Clin Med 巻: 8 ページ: E678
  • DOI: 10.3390/jcm8050678
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo and in vitro bioactivity of a "precursor of apatite" treatment on polyetheretherketone. (2019)
  • 著者名/発表者名: Masamoto K, Fujibayashi S, Yabutsuka T, Hiruta T, Otsuki B, Okuzu Y, Goto K, Shimizu T, Shimizu Y, Ishizaki C, Fukushima K, Kawai T, Hayashi M, Morizane K, Kawata T, Imamura M, Matsuda S.
  • 雑誌名: Acta Biomater 巻: 91 ページ: 48-59
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2019.04.041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implantable composite devices of unsintered hydroxyapatite and poly-l-lactide with dispersive marbling morphology to enhance in vivo bioactivity and bioresorbability. (2019)
  • 著者名/発表者名: Morizane K, Shikinami Y, Fujibayashi S, Goto K, Otsuki B, Kawai T, Shimizu T, Matsuda S
  • 雑誌名: Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 巻: 97 ページ: 698-706
  • DOI: 10.1016/j.msec.2018.12.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Classification of osteonecrosis of the femoral head: Who should have surgery? (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuroda Y, Tanaka T, Miyagawa T, Kawai T, Goto K, Tanaka S, Matsuda S, Akiyama H.
  • 雑誌名: Bone Joint Res 巻: 8 ページ: 451-458
  • DOI: 10.1302/2046-3758.810.BJR-2019-0022.R1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Titania-containing bioactive bone cement for total hip arthroplasty in dogs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Imamura M, Goto K, Kawata T, Kataoka M, Fukuda C, Fujibayashi S, Matsuda S.
  • 雑誌名: J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 巻: 107 ページ: 1238-1245
  • DOI: 10.1002/jbm.b.34216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dose optimization of topical tranexamic acid for primary total hip arthroplasty: A prospective cohort study. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi A, Goto K, Kawai T, Kuroda Y, Sano K, Matsuda S.
  • 雑誌名: J Orthop Sci. 巻: 24 ページ: 275-279.
  • DOI: 10.1016/j.jos.2018.09.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term outcome of cemented total hip arthroplasty with the Charnley-type femoral stem made of titanium alloy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Okutani Y, Goto K, Kuroda Y, Kawai T, Okuzu Y, Kawata T, Shimizu Y, Matsuda S.
  • 雑誌名: J Orthop Sci. 巻: 24 ページ: 1047-1052
  • DOI: 10.1016/j.jos.2019.07.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gait- and Posture-Related Factors Associated With Changes in Hip Pain and Physical Function in Patients With Secondary Hip Osteoarthritis: A Prospective Cohort Study. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tateuchi H, Akiyama H, Goto K, So K, Kuroda Y, Ichihashi N.
  • 雑誌名: Arch Phys Med Rehabil 巻: 100 ページ: 2053-2062.
  • DOI: 10.1016/j.apmr.2019.04.006
  • 査読あり